基于單片機(jī)的RLC測量儀

學(xué)校代碼11059學(xué)號：01本科畢業(yè)論文BACHELORDISSERTATION論文題目：簡易R、L、C測量儀學(xué)位類別：工學(xué)學(xué)士學(xué)科專業(yè)：作者姓名：導(dǎo)師姓名：完成時刻：簡易R、L、C測量儀中文摘要在本設(shè)計里，采納單片機(jī)89S52做為設(shè)計的操縱核心，89S52單片機(jī)是一款八位單片機(jī)，它的易用性和多功能性受到了廣大利用者的好評。由于單片機(jī)在頻率計數(shù)時，計數(shù)的誤差值超級的小，因此在本設(shè)計中，單片機(jī)的最要緊的一個作用確實是完成頻率的計數(shù)。通過搭建外圍的電路，把所要求的電阻、電容、電感參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理別離是利用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路。用89S52單片機(jī)計數(shù)得出被測頻率，通過必然軟件編程，把該頻率計算出各個參數(shù)值，將數(shù)據(jù)處置后，送顯示部份顯示，若是測量值不在頻率范圍內(nèi)，通過軟件操縱端口，通過繼電器形成量程轉(zhuǎn)換。通過該電阻、電容、電感測量儀器的設(shè)計，本人大體了解和把握了如何運(yùn)用單片機(jī)硬件和軟件技術(shù)來完成一些小設(shè)計。關(guān)于本人來講，這是一次極為寶貴的體會。關(guān)鍵詞：RC振蕩電路；LC電容三點式；89S52單片機(jī)；測量R、L、Cmeasureinstrument AbstractInthisdesign，useofSCM89S52asthecoredesignofcontrol.SCM89S52isa8bitsinglechipcomputer.Itseasilyusingandmulti-functionsufferlargeusers.AsSCMinfrequencycount,thecountoferrorisverylittle.Sointhisdesign,SCMisthemostimportantarolethefrequencyofcompletecount.Throughtheexternalstructuresofthecircuit,theresistance、theinductanceandthecapacitancearetranslatedintofrequencyonaccountofRCsurgingcircuitandLCsurgingcircuit.Singlechipwasmeasuredfrequencyandcomputedeachparametervaluefromthisfrequency，Throughthesoftwareprogramming,tocalculatethefrequencyofvariousparameters,dataprocessing,senttoshowthatsome,ifnotmeasuredfrequencyrange,bysoftwarecontrolport,throughtheformationoftherelayrangeconversion.Iknowandgrasphowtouse89S52singlechipcomputertechnologytodeveloptheR、L、Cmeasureinstrumentthroughthispractice.It'sanextremelyvaluableexperiencetome.KEYWORD:RCsurgingcircuit；LCsurgingcircuit；89S52singlechipcomputer；measureinstrument目錄第一章系統(tǒng)的設(shè)計 1設(shè)計背景 1設(shè)計要求 1設(shè)計任務(wù) 1技術(shù)要求 2方案比較 2方案論證 4整體思路 4設(shè)計方案 5各模塊方案論證 5電阻、電容振蕩模塊 5電感振蕩模塊 5顯示模塊 5開關(guān) 6中央操縱器模塊 6系統(tǒng)各模塊最終方案 6第二章要緊電路設(shè)計與說明 7555芯片簡介 7芯片各引腳的功能 7芯片的等效功能方框圖及工作原理 774LS161芯片的簡介 9AT89S52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 9繼電器的工作原理 11繼電器的概念 11電磁繼電器的工作原理和特性 11繼電器的工作環(huán)境 11LCD的引腳功能 12測Rx的RC振蕩電路 12第三章設(shè)計電路 15測量電阻的電路模塊 15測電容的RC振蕩電路 16測電感的電容三點式振蕩電路 17第四章軟件設(shè)計 20第五章系統(tǒng)測試 22測試儀器 22指標(biāo)測試及誤差分析 23電阻的測量 23電容的測量 23電感的測量 24第六章總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26致謝 27附錄 28附錄1元器件清單 28附錄2電路原理框圖 29附錄3電路實物圖 30附錄4程序 31第一章系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計背景在歷屆全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽中幾乎每次都有儀表類系統(tǒng)設(shè)計方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。本設(shè)計確實是在如此的背景下提出的，制作一臺簡易電阻、電容、電感測量儀器具有相當(dāng)強(qiáng)的實際意義。隨著電子技術(shù)的迅速進(jìn)展，電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透到咱們生活的方方面面，人們對電子再也不感到陌生，對電路基礎(chǔ)和電子元器件的了解也開始慢慢普及。在一些小家電維修或檢測中，通常對電路比較了解人們會利用萬用表對未知電阻進(jìn)行測量，而關(guān)于未知的電容電感，那么需要通過輔助電路，對其進(jìn)行輔助測量，既煩瑣，準(zhǔn)確度又低。而關(guān)于那些電路基礎(chǔ)相對薄弱的人們，那只能是望而興嘆了。于是，設(shè)計一臺簡易的數(shù)字智能便攜式電容，電阻，電感測量儀器成為必要。本設(shè)計若是直接運(yùn)用外圍電路通過計算來求得所要求的參數(shù)，進(jìn)程復(fù)雜，準(zhǔn)確率低，關(guān)鍵是不能實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。新一代單片機(jī)為外部提供了相當(dāng)完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。于是本設(shè)計采納了比較先進(jìn)的89S52為操縱核心，89S52單片機(jī)功耗很低，價錢廉價，更重要的是單片機(jī)在測量頻率時的誤差超級的小，在設(shè)計中，將所要求的參數(shù)通過振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率信號，作為單片機(jī)的時鐘源，再通過單片機(jī)軟件的編程來實現(xiàn)其量程轉(zhuǎn)換和各模塊參數(shù)的顯示，這就為該設(shè)計的低誤差率、易操作性提供了必要的條件，從而使得本設(shè)計才能夠順利完成。設(shè)計要求設(shè)計任務(wù)要制作一臺數(shù)字顯示的電阻、電容、電感測量儀，必需涉及到測量部份、操縱部份與數(shù)字顯示三大部份。其中，在測量部份中，由于測量的是電阻、電容、電感三種不同的參數(shù)，因此，必需將測量部份在進(jìn)一步劃分。測量模塊與顯示模塊都是圍繞單片機(jī)進(jìn)行，因此具體簡易設(shè)計框圖1所示:

圖1簡易設(shè)計框圖技術(shù)要求大體要求（1）測量范圍電阻100Ω～1MΩ電容100pF～10000pF電感100μH～10mH（2）測量精度+5％（3）制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光二極管別離指示所測元件的類別和單位發(fā)揮部份（1）擴(kuò)大測量范圍（2）提高測量精度（3）測量量程自動轉(zhuǎn)換方案比較目前，測量電子元件集中參數(shù)電阻、電容、電感的儀表種類較多，方式也各不相同，這些方式都有其優(yōu)缺點。電阻R的測試方式最多。最大體的確實是依照R的概念式來測量。在如圖2中，別離用電流表和電壓表測出通過電阻的電流和通過電阻的電壓，依照公式求得電阻。這種方式要測出兩個模擬量，不易實現(xiàn)自動化。而指針式萬用表歐姆檔是把被測電阻與電流一一對應(yīng)，由此就能夠夠讀出被測電阻的阻值，如圖3所示:這種測量方式的精度轉(zhuǎn)變大，假設(shè)需要較高的精度，必需要較多的量程，電路復(fù)雜。圖2由概念法測量圖3萬用表測量法固然，還能夠通過一般分壓電路，如圖所示為電壓源分壓法，將Rx所分的電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，通過單片機(jī)端口將數(shù)字信號并行輸入單片機(jī)，再通過軟件編程，將數(shù)字信號還原，通過公式計算出Rx的值，該方式準(zhǔn)確度較高，但A/D轉(zhuǎn)換模塊的程序編寫實現(xiàn)較困難，因此，實現(xiàn)起來比較困難。圖4電壓源分壓法能同時測量電器元件電阻、電容、電感的最典型的方式是電橋法（如圖5）。電阻R可用直流電橋測量，電感L、電容C可用交流電橋測量。圖5電橋平穩(wěn)法電橋的平穩(wěn)條件為通過調(diào)劑阻抗、使電橋平穩(wěn)，這時電表讀數(shù)為零。依照平穩(wěn)條件和一些已知的電路參數(shù)就能夠夠求出被測參數(shù)。用這種測量方式，參數(shù)的值還能夠通過聯(lián)立方程求解，調(diào)劑電阻值一樣只能手動，電橋的平穩(wěn)判別亦難用簡單電路實現(xiàn)。如此，電橋法不易實現(xiàn)自動測量。Q表是用諧振法來測量L、C值（如圖6）。它能夠在工作頻率上進(jìn)行測量，使測量的條件更接近利用情形?？墒?，這種測量方式要求頻率持續(xù)可調(diào)，直至諧振。因此它對振蕩器的要求較高，另外，和電橋法一樣，調(diào)劑和平穩(wěn)判別很難實現(xiàn)智能化。圖6諧振法測量用阻抗法測電阻、電容、電感有兩種實現(xiàn)方式：用恒流源供電，然后測元件電壓；用恒壓源供電，然后測元件電流。由于很難實現(xiàn)理想的恒流源和恒壓源，因此它們適用的測量范圍很窄。很多儀表都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變成精度較高且較容易測量的物理量。基于此思想，咱們把電子元件的集中參數(shù)電阻、電容、電感轉(zhuǎn)換成頻率信號f,然后用單片機(jī)計數(shù)后在運(yùn)算求出電阻、電容、電感的值，并送顯示部份顯示。轉(zhuǎn)換的原理別離是RC振蕩和LC三點式振蕩。其實，這種轉(zhuǎn)換確實是把模擬量進(jìn)擬地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，頻率f是單片機(jī)很容易處置的數(shù)字量，這種數(shù)字化處置一方面便于使儀表實現(xiàn)智能化，另一方面也幸免了由指針讀數(shù)引發(fā)的誤差。方案論證整體思路在本設(shè)計中，把電阻、電容、電感轉(zhuǎn)換成頻率信號f，轉(zhuǎn)換的原理別離是RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路，單片機(jī)依照所選通道，向模擬開關(guān)送兩路地址信號，取得振蕩頻率，作為單片機(jī)的時鐘源，通過計數(shù)那么能夠計算出被測頻率，再通過該頻率，通過公式計算出各個參數(shù)。然后依照所測頻率判定是不是轉(zhuǎn)換量程，或是把數(shù)據(jù)處置后，把電阻、電容、電感的值送顯示部份顯示出相應(yīng)的參數(shù)值，利用編程實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。設(shè)計方案該設(shè)計方案的整體方框圖如圖7所示。圖7設(shè)計的整體方框圖各模塊方案論證電阻、電容振蕩模塊采納555組成多諧振蕩電路，通過單片機(jī)口對振蕩電路產(chǎn)生的頻率進(jìn)行計數(shù)，通過軟件對振蕩電路產(chǎn)生的頻率進(jìn)行判定，利用繼電器自動進(jìn)行對電阻、電容參數(shù)量程的選擇，取得更好的頻率范圍，從而進(jìn)行量程的自動切換。電容的振蕩電路在原理方面大體上與電阻相同。電感振蕩模塊采納電容三點式振蕩電路來產(chǎn)生不同的頻率，由于單片機(jī)的計數(shù)能力有限，因此，振蕩電路產(chǎn)生的頻率必需通過度頻后再送單片機(jī)口計數(shù)。一樣通過軟件實現(xiàn)參數(shù)計算，計算公式中要考慮到所測量的頻率是分頻后的頻率，計算時要將頻率還原，然后測出頻率再計算出電感值，送顯示部份顯示。顯示模塊能夠采納LCD進(jìn)行顯示。液晶顯示屏具有低耗電量，無輻射危險，和影像不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面成效好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等特點。價錢有點昂貴，但很有效。本設(shè)計因為測量的是三個模塊，若是用數(shù)碼管加LED顯示的話，LED不但要顯示所顯示的是哪個模塊，而且設(shè)計中，要用其來顯示所測量單位的大小，這使得軟件實現(xiàn)起來相對困難。因此，采納LCD顯示,同時顯示參數(shù)的大小和所測量的類別，簡練而又清楚。開關(guān)單片機(jī)的開關(guān)能夠采納優(yōu)良的行列4×4矩陣式鍵盤，此方式操作簡單，節(jié)省單片機(jī)資源，且價錢廉價，但在本設(shè)計中，涉及的鍵盤很少，只需要用鍵盤完成三個模塊的切換即可，因此只需要采納一般的開關(guān)即可。價錢廉價，功能單一，但很有效。中央操縱器模塊中央操縱器為整個系統(tǒng)的核心，通過同意外部信息，依照操縱算法驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對中央處置器的選擇多種多樣，但咱們熟練把握8051系列單片機(jī)的操縱原理和設(shè)計方式，因此咱們選擇AT89S52作為系統(tǒng)操縱器。該單片機(jī)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，而且其功耗低，體積小，技術(shù)成熟，完全適合在本系統(tǒng)中應(yīng)用。系統(tǒng)各模塊最終方案通過度析和論證，咱們最終各模塊選擇方案如下：1.電阻和電容振蕩模塊：采納555組成多諧振蕩，利用繼電器自動進(jìn)行對電阻、電容參數(shù)量程的選擇，取得更好的頻率范圍，從而進(jìn)行量程的自動切換。2.電感振蕩模塊：采納電容三點式振蕩電路來產(chǎn)生不同的頻率，然后測出頻率再計算出電感值。3.顯示模塊：采納LCD顯示。4.輸入模塊：采納三個一般開關(guān)加三個LED小燈。5.中央操縱器模塊：采納AT89S52單片機(jī)進(jìn)行操縱。6.電源：單片機(jī)及各芯片都利用＋5V直流電源，只有LC振蕩回路利用＋12V直流電源。第二章要緊電路設(shè)計與說明555芯片簡介在本設(shè)計方案選擇中，測量電阻和電容參數(shù)的RC振蕩電路采納555按時器電路組成。集成按時器555電路是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路。芯片各引腳的功能表1555按時器的引腳及功能引腳編號符號功能說明1GND地線2TR觸發(fā)3OUT輸出4RES復(fù)位5CV控制電壓6TH閥值7DIS放電8VCC電壓芯片的等效功能方框圖及工作原理555時基電路等效功能方框圖如圖8所示:圖8555時基電路等效功能方框圖芯片的工作原理[1]555的等效功能框圖中包括兩個COMS電壓比較器A和B，一個RS觸發(fā)器，一個反相器，一個P溝道MOS場效應(yīng)管組成的放電開關(guān)SW，三個阻值相等的分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，和輸出緩沖級。三個電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)為上比較器A和下比較器B別離提供2/3Vcc和1/3Vcc的偏置電壓。當(dāng)上比較器A的同相輸入端R高于反相輸入端電位2/3Vcc時，A輸出為高電平，RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出端Vo為邏輯“0”電平。即當(dāng)VTH>2/3Vcc時，Vo為“0”電平，處于復(fù)位狀態(tài)；而當(dāng)置位觸發(fā)端的電位，即VS≤1/3Vcc時，下比較器B的輸出為“1”，RS觸發(fā)器置位，輸出端Vo為“1”電平。即當(dāng)VS≤1/3Vcc時，Vo為“1”電平，處于置位狀態(tài)?？梢姡?55的等效功能框圖相當(dāng)一個置位—復(fù)位觸發(fā)器。在RS觸發(fā)器內(nèi)，還設(shè)置了一個強(qiáng)制復(fù)位端，即不管閾值端R和置位觸發(fā)端處于何種電平，只要使=“0”，那么RS觸發(fā)器的輸出必為“1”，從而使輸出Vo為表2555芯片各功能端的真值表（強(qiáng)制復(fù)位）（置位觸發(fā)）R（復(fù)位觸發(fā)）Vo（輸出）0××010×11110110保持原電平注：“0”→電平≤1/3Vcc“1”→電平>2/3Vcc“×”→表示任意電平74LS161芯片的簡介74161是4位二進(jìn)制同步加計數(shù)器。表3為74161的功能表：表374161的功能表清零RD預(yù)置LD使能EPET時鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入ABCD輸出QAQBQCQDL××××××××LLLLHL××上升沿ABCDABCDHHL××××××保持HH×L×××××保持HHHH上升沿××××計數(shù)其中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)操縱端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計數(shù)使能端，RCO(=是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。計數(shù)進(jìn)程中，第一加入一清零信號RD＝0，使各觸發(fā)器的狀態(tài)為0，即計數(shù)器清零。RD變成1后，加入一置數(shù)信號LD＝0，即信號需要維持到下一個時鐘脈沖的正跳變到來后。在那個置數(shù)信號和時鐘脈沖上升的一起作用下，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與預(yù)置的輸入數(shù)據(jù)相同，這確實是預(yù)置操作。接著EP=ET=1,在此期間74161一直處于計數(shù)狀態(tài)。一直到EP=0，ET＝1，計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)終止。AT89S52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)本設(shè)計是以AT89S52單片機(jī)為操縱核心的，AT89S52單片機(jī)是把那些作為操縱應(yīng)用所必需的大體內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。若是按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處置器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、按時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄放器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其大體結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各類功能部件的操縱是采納特殊功能寄放器的集中操縱方式。該單片機(jī)中有一個8位的微處置器，與通用的微處置器大體相同，一樣包括了運(yùn)算器和操縱器兩大部份，只是增加了面向操縱的處置功能，不僅可處置數(shù)據(jù)，還能夠進(jìn)行位變量的處置。片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存緩和沖、標(biāo)志位等，因此稱為數(shù)據(jù)存儲器。由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一樣容量較小，若是片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，那么需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。片內(nèi)有2個16位的按時器/計數(shù)器，具有四種工作方式。1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，乃至與多個單片機(jī)相連組成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣?？凇2口、P3口、P4口為4個并行8位I/O口。共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行治理、操縱、監(jiān)視。事實上是一些操縱寄放器和狀態(tài)寄放器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，AT89S52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點。專門值得一提的是該單片機(jī)CPU中的位處置器，它事實上是一個完整的1位微運(yùn)算機(jī)，那個一名微運(yùn)算機(jī)有自己的CPU、位寄放器、I/O口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、進(jìn)程操縱方面超級有效；而8位機(jī)在數(shù)據(jù)搜集，運(yùn)算處置方面有明顯的優(yōu)勢。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一路，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個沖破，這也是MCS-51單片機(jī)在設(shè)計的精美的地方。在本設(shè)計里，單片機(jī)的最要緊的一個作用確實是完成頻率的計數(shù)。通過外圍電路與單片機(jī)口相連接，通過單片機(jī)口進(jìn)行計數(shù)，將按時器的時刻設(shè)定在1秒，1秒所記次數(shù)確實是外圍電路的頻率。由于頻率f是單片機(jī)很容易處置的數(shù)字量，單片機(jī)在計數(shù)時誤差值超級小，因此，對提高測量的精度很有幫忙。繼電器的工作原理在本設(shè)計中，實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換成為設(shè)計的重點和難點，本設(shè)計通過軟件對其量程進(jìn)行操縱，通過對其電路產(chǎn)生的頻率，若是頻率不在所選的范圍內(nèi)，通過單片機(jī)端口輸出高低電平，來操縱繼電器工作，從而實現(xiàn)硬件的量程轉(zhuǎn)換。因此，繼電器的利用好壞直接阻礙了設(shè)計的質(zhì)量好壞。繼電器的概念為了實現(xiàn)弱電對強(qiáng)電的操縱，或?qū)崿F(xiàn)被控負(fù)載的隔離，電子系統(tǒng)通常通過操縱繼電器來實現(xiàn)對負(fù)載的操縱。繼電器是當(dāng)輸入量(或鼓勵量)知足某些規(guī)定的條件時，能在一個或多個輸入電路中產(chǎn)生躍變的一種器件。繼電器是一種電子操縱器件，它具有操縱系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被操縱系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動操縱電路中，它事實上是用較小的電流去操縱較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)劑、平安愛惜、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器的工作原理和特性電磁式繼電器一樣由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩頭加上必然的電壓，線圈中就會流過必然的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作使勁返回原先的位置，使動觸點與原先的靜觸點（常閉觸點）吸合。如此吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。關(guān)于繼電器的“常開、常閉”觸點，能夠如此來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。本設(shè)計中，利用的是固體繼電器。利用電子元件實現(xiàn)繼電器的功能而無機(jī)械運(yùn)動構(gòu)件，同時其輸入和輸出電路彼此隔離的一種繼電器。固體繼電器的輸入電路（單片機(jī)的端口）是為輸入操縱信號提供一個回路，使之成為固體繼電器的觸發(fā)信號源。固體繼電器的驅(qū)動電路給輸出器件提供觸發(fā)信號。在觸發(fā)信號信號操縱下，其輸出電路實現(xiàn)固體繼電器的通斷切換。繼電器的工作環(huán)境固體繼電器是一種無觸點電子開關(guān)，要緊由輸入（操縱）電路，驅(qū)動電路和輸入電路三部份組成。其原理圖如圖9所示：圖9原理圖LCD的引腳功能本設(shè)計采納1602作為顯示模塊，1602采納標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中；第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接＋5V電源。第3腳：V0為液晶顯示器對照度調(diào)整端，接正電源時對照度最弱，接地接地電源時對照度最高，對照度太高時會產(chǎn)生“鬼影”，利歷時能夠通過一個10K的電位器調(diào)整對照度。第4腳：RS為寄放器選擇，高電平常選擇數(shù)據(jù)寄放器，低電平選擇指令寄放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平進(jìn)行讀操作，低電平常進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW一起為低電平常，能夠?qū)懭胫噶罨蝻@示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平常能夠讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平常能夠?qū)懭霐?shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平常，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15～16腳：空腳。測Rx的RC振蕩電路在電路中采納RC振蕩電路來測量電阻R、電容C的值，用555時基電路組成RC振蕩器。如圖10所示，將555與三個阻、容元件如圖連接，便組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩模式。圖10電路圖圖11波形圖當(dāng)加上電壓時，由于上端電壓不能突變，故555處于置位狀態(tài)，輸出端呈高電平“1”，而內(nèi)部的放電COMS管截止，通過和對其充電，觸發(fā)電平電位隨上端電壓的升高呈指數(shù)上升，波形如圖11所示：當(dāng)上的電壓隨時刻增加，達(dá)到2/3Vcc閾值電平常，上比較器A翻轉(zhuǎn)，使RS觸發(fā)器置位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈低電平“0”?，F(xiàn)在，放電管飽和導(dǎo)通，上的電荷經(jīng)至放電管放電。當(dāng)放電使其電壓降至1/3Vcc觸發(fā)電平常，下比較器B翻轉(zhuǎn)，使RS觸發(fā)器復(fù)位，經(jīng)緩沖級倒相，輸出呈高電平“1”。以上進(jìn)程重復(fù)顯現(xiàn)，形成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩。由上面對多諧振蕩進(jìn)程的分析不難看出，輸出脈沖的持續(xù)時刻確實是上的電壓從1/3Vcc充電到2/3Vcc所需的時刻，故兩頭電壓的轉(zhuǎn)變規(guī)律為設(shè)，那么上式簡化為從上式中求得一樣簡寫為電路間歇期確實是兩頭電壓從2/3Vcc充電到1/3Vcc所需的時刻，即從上式中求得，并設(shè)，那么一樣簡寫為那么電路的振蕩周期為振蕩頻率，輸出振蕩波形的占空比為從上面的公式推導(dǎo)，能夠得出（1）振蕩周期與電源電壓無關(guān)，而取決于充電和放電的總時刻常數(shù)，即僅、、的值有關(guān)。（2）振蕩波的占空比與的大小無關(guān)，而僅與、的大小比值有關(guān)。第三章設(shè)計電路測量電阻的電路模塊圖12是一個由555時基電路組成的多諧振蕩電路，由該電路能夠測出量程在100Ω～1MΩ的電阻。該電路的振蕩周期為其中為輸出高電平的時刻，為輸出低電平的時刻。那么：為了使振蕩頻率維持在這一段單片機(jī)計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇適合的C和R的值。第一個量程選擇，第二個量程選擇。如此，第一個量程中，時第二個量程中，時因為RC振蕩的穩(wěn)固度可達(dá)10-3，單片機(jī)測頻率最多誤差一個脈沖，因此用單片機(jī)測頻率引發(fā)的誤差在百分之一以下。在電路中之因此選用可調(diào)電位器是因為繼電器的內(nèi)阻并非清楚，在進(jìn)行測量之前需要進(jìn)行校準(zhǔn)。把標(biāo)準(zhǔn)電阻插在插接口上，調(diào)劑電位器，使數(shù)碼管顯示標(biāo)稱阻值。在以后的測量進(jìn)程中，即可直接測量電阻。利用單片機(jī)端口通過軟件編程的方式來操縱繼電器的改變，實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換。圖12測量電阻的電路測電容的RC振蕩電路測量電容的振蕩電路與測量電阻的振蕩電路大體上一樣。其電路圖如圖13所示：假設(shè)R1=R2，那么三個量程的取值別離為第一量程：R1=R2=510第二量程：R1=R2=300第三量程：R1=R2=10其分析進(jìn)程如測量電阻的方式一樣，那個地址就不在贅述了。圖13測量電容的電路測電感的電容三點式振蕩電路在本設(shè)計中，電感的測量是采納電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的，如圖14所示。三點式電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必需是同性質(zhì)的，另外一個電抗元件必需為異性質(zhì)的，而與發(fā)射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路，成為電容三點式電路。

在那個電容三點式振蕩電路中，C4C5別離采納1000pF、2200pF的獨石電容，其電容值遠(yuǎn)大于晶體管極間電容，能夠把極間電容忽略。振蕩公式：，其中那么電感的感抗為在測量電感的時候，發(fā)覺電感起振頻率超級的高，大致抵達(dá)3MHz左右，而單片機(jī)的最大計數(shù)頻率大約為500KHz，在頻率方面達(dá)不到測量電感頻率，于是咱們把測電感的電容三點式電路得出的頻率通過由兩片74LS161組成八位計數(shù)器作為分頻電路對該頻率進(jìn)行分頻，有3000000/64=46875，知足單片機(jī)計數(shù)要求。圖14測量電感的電路在分頻器方面，采取兩塊74LS161芯片并行進(jìn)位方式，具體連接方式如圖16所示，在第一片74161中，采取16倍分頻，每產(chǎn)生一個進(jìn)位，第二片74161計數(shù)一次，當(dāng)QaQbQcQd=1101也即當(dāng)?shù)诙K芯片計數(shù)到4次，產(chǎn)生一次進(jìn)位,使得第二塊芯片從1100從頭開始計數(shù)，即16×4＝64倍分頻，RCO確實是分頻后所需要的頻率，第二塊芯片工作狀態(tài)圖如圖15所示：圖15第2塊74LS161芯片工作狀態(tài)圖圖1674LS161分頻原理第四章軟件設(shè)計在本設(shè)計中，采取的是以AT89S52單片機(jī)為操縱核心，在程序中，涉及到按鍵的選擇，頻率的計數(shù)，量程的切換，將頻率轉(zhuǎn)換成所要求的參數(shù)，和將所計算出的參數(shù)，送到LCD顯示等等。因此，軟件的編寫變得尤其要緊。開始工作的時候，初始化系統(tǒng)，LCD顯示”WELCOME”。本系統(tǒng)軟件設(shè)計的主流程圖如圖17所示。對系統(tǒng)初始化以后，判定是不是有按鍵按下。以測電阻為例，測量的電阻經(jīng)RC振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率f，依照測電阻的換算公式，利用單片機(jī)軟件編程，測量出其阻值并送顯示。若是量程不夠大，系統(tǒng)將量程自動轉(zhuǎn)換為大量程，進(jìn)行測量。圖17軟件設(shè)計的主流程圖以電容測量為例，其量程轉(zhuǎn)換的進(jìn)程方框圖如圖18所示：圖18電容測量流程圖電阻的測量與電容不相同，由于在實際設(shè)計頻率程序編寫的很成功，在電阻測量電路中，單片機(jī)計數(shù)測量精度很高，大體不需要量程轉(zhuǎn)換，就能夠夠達(dá)到預(yù)期的成效。在電感測量中，由于設(shè)計中采取了64倍分頻，因此，也不需要對其進(jìn)行軟件切換量程，直接測量，大體能夠完成設(shè)計指標(biāo)中電感100μH～10mH的要求。在設(shè)計中，電路中存在著許多客觀緣故，使得設(shè)計存在著必然的測量誤差，在軟件中，需要對各個量程進(jìn)行或多或少的軟件補(bǔ)償。通過對測量頻率的調(diào)整來達(dá)到改善的目的，在設(shè)計測試中，只有通過大量的測試，才能找到適合的補(bǔ)償值。在計數(shù)中，為了減少計數(shù)誤差，本設(shè)計采納了取其三秒鐘的頻率，然后取其平均值的方式，如此，測得的頻率就誤差就很小。第五章系統(tǒng)測試測試儀器為了確信系統(tǒng)與題目要求的符合程度，驗證設(shè)計是不是達(dá)到要求，咱們對系統(tǒng)中的關(guān)鍵部份進(jìn)行了實際的測試。運(yùn)算機(jī)，編程器，STC下載器，PROTEL99SE，數(shù)字萬用表，示波器，頻率器，直流穩(wěn)壓電源等。編程器：用來編寫和編譯單片機(jī)相關(guān)的程序。STC下載器：將編譯中的程序下載到單片機(jī)中。PROTEL99SE：用來畫電路的電路圖。數(shù)字萬用表：用來測量標(biāo)準(zhǔn)電阻，電容，電感的標(biāo)準(zhǔn)值，如此用設(shè)計的儀器測量的實際值有一個比較，能夠計算出其誤差。示波器：用來觀看振蕩電路產(chǎn)生的波形是不是正確。頻率器：測量振蕩電路產(chǎn)生的頻率，對單片機(jī)所計的頻率有必然了解。直流電源：＋5V為電容電阻測量儀和單片機(jī)提供工作電源，＋12V為LC測量儀器提供工作電源。第一，連接好硬件電路，將直流電源接入電路，檢查無誤后，在編程器中編寫本設(shè)計的程序，編譯無誤后，通過STC下載器到單片機(jī)中，選擇適合的電阻，電容及電感，第二，將標(biāo)準(zhǔn)值的電阻插入接插件上，復(fù)位單片機(jī)后，按下電阻開關(guān)，在LCD上觀看測量值，記錄下來。用相似的方式測量電感與電容，一一做下記錄。指標(biāo)測試及誤差分析電阻的測量電阻的一組測量數(shù)據(jù)如下表4所示：表4電阻測量結(jié)果記錄與分析電阻標(biāo)值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)相對誤差﹪430Ω429Ω417ΩKΩKΩKΩ47KΩKΩKΩ100KΩKΩ96KΩ220KΩ217KΩ213KΩ1MΩMΩMΩ誤差分析：相對誤差計算公式從上面的一組數(shù)據(jù)上來看，在測量低于1KΩ阻值和接近1MΩ阻值的電阻時，相對誤差會大一些。造成那個現(xiàn)象的要緊緣故是在設(shè)計中存在的內(nèi)阻較大，如此在測量電阻值小的電阻時，它的內(nèi)阻就不能忽略，造成測量誤差的增大,固然，用萬用表測量電阻本身也存在一些的誤差，者就無形中，提高了誤差率。電容的測量電容的一組測量數(shù)據(jù)如下表5所示：表5電容測量結(jié)果記錄與分析電容標(biāo)值萬用表讀數(shù)本儀表讀數(shù)相對誤差%33uF100uf680uF621Uf585uf30Pf31pF29pF誤差分析：相對誤差計算公式從上面的數(shù)據(jù)能夠看出，電容的標(biāo)稱值與用萬用表測出的容值有較大的誤差，其可能性緣故：一是萬用表本身存在著必然誤差，二是元件本身也存在必然誤差。受所用儀器，元器件的限制，測量精度并無做的很高。注意：由于成立RC穩(wěn)固振蕩的時刻較長，在測量電阻和電容時，應(yīng)在顯示穩(wěn)固后再讀出數(shù)值。電感的測量電感的一組測量數(shù)據(jù)如下表6所示：表6電感測量結(jié)果記錄電感標(biāo)值本儀表讀數(shù)10mH第六章總結(jié)經(jīng)太長達(dá)一個月的盡力，本設(shè)計大體完成題目所給的設(shè)計任務(wù)，制作了一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀，知足題目的大體要求。在發(fā)揮部份中，運(yùn)用了加倍先進(jìn)LCD顯示，使顯示加倍簡練明朗，利用起來加倍方便，在測量電容模塊中，利用了繼電器實現(xiàn)量程轉(zhuǎn)換，使測量變得相當(dāng)簡單。本設(shè)計運(yùn)用單片機(jī)作為中央操縱器和計算核心，使儀表有性能靠得住、體積小、電路簡單的特點?？墒沁@種把元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率后測量的方式也有一些不足的地方：1.主若是必需保證電路起振，而且振蕩要穩(wěn)固，不然會增加誤差，尤其在電感測量上，還存在一些缺點。2.在各模塊硬件連接上，沒有效PCB制作和存在一些體會上的不足，使設(shè)計外觀不是很美觀，布局偏亂。3.在設(shè)計中，由于設(shè)計到高頻振蕩，電路的穩(wěn)固性有待提高。4.在軟件補(bǔ)償方面很難做到準(zhǔn)確，因此在實驗方面，要做很多次測量。5.在R.測量模塊轉(zhuǎn)換上，沒有實現(xiàn)利用繼電器自動轉(zhuǎn)換，而是通過人工轉(zhuǎn)換，每切換一次，需要將每一個模塊都別離與口相連一次，相對照較繁瑣。盡管本設(shè)計還存在很多不足的地方，但大體設(shè)計任務(wù)仍是能夠完成的。參考文獻(xiàn)[1]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計[M],北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006年.[2]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.第一屆（1994年）～第六屆（1999年）全國學(xué)生電子設(shè)計競賽題目[M],北京:北京理工大學(xué)出版社，2000年.[3]全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編（2001）[M],北京：北京理工大學(xué)出版社，2003年.[4]李念強(qiáng)，劉亞，經(jīng)亞枝.一種新型RLC數(shù)字電橋的研究[J],南京：南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2001，：25-27.[5]余錫豐曹國華單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M],西安：西安電子科技大學(xué)出版社,.[6]湯元信.電子工藝及電子工程設(shè)計[M],北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999年.[7]美.MichaelJohnSebastianSmith著.專用集成電路[M],北京：北京電子工業(yè)出版社，.[8]高吉祥，黃智偉，丁文霞.數(shù)字電子技術(shù)[M],北京：北京電子工業(yè)出版社，2003年.[9]高吉祥.模擬電子技術(shù)[M],北京：北京電子工業(yè)出版社，2004年.[10]田良.綜合電子設(shè)計與實踐[M],南京：南京東南大學(xué)出版社，2002年.[11]RobertuVision2DLL’sforAdvancedGenericSimulatorInterface[M].Jun12,Munich,致謝歷時三個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落。通過自己不斷的搜索盡力和胡敏教師的耐心指導(dǎo)和熱情幫忙，本設(shè)計已經(jīng)大體完成。在這段時刻里，XX教師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風(fēng)令我十分欽佩，他的指導(dǎo)使我受益非淺。同時本系主樓實驗室的開放也為我的設(shè)計提供了實習(xí)場地。創(chuàng)新實驗室的許多同窗給予我專門大幫忙，在此對XX教師和實驗室指導(dǎo)教師和實驗室同窗表示深深的感激。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地熟悉到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也明白得了理論聯(lián)系實際的含義，而且查驗了大學(xué)期間的學(xué)習(xí)功效。盡管在這次設(shè)計中關(guān)于知識的運(yùn)用和銜接還不夠熟練?？墒俏覍⒃谝院蟮墓ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中繼續(xù)盡力、不斷完善。這三個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴(kuò)充的進(jìn)程，為爾后的進(jìn)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平不高，設(shè)計能力有限，設(shè)計中必然還存在很多不足的地方，敬請列位教師批評指正。XXX2020年6月與XX學(xué)院附錄附錄1元器件清單序號元件數(shù)量序號元件數(shù)量1AT89S52114＋12v電源12晶振12M115獨石電容22213555216獨石電容10214繼電器817電容104751N4007818電容30pF4674LS161219電解電容22uF27發(fā)光二極管420電容18晶振12M121電阻1K299014222電阻2K2108050823電阻100K1411LCD124萬能板212輕觸開關(guān)425插接件313+5V電源126電源插接件2附錄2電路原理框圖附錄3電路實物圖附錄4程序頂層文件程序：#include<>#include<>//電容模塊#include<>//電感模塊#include<>//電阻模塊#include<>//顯示模塊sbitpl=P0^1;//概念測量電感端口sbitpc=P0^2;//概念測量電容端口sbitpr=P0^3;//概念測量電阻端口main(){pc=1;pl=1;pr=1;Lcd_Init();DisplayString(4,1,"welcome");TMOD=0x15;EA=1;ET0=1;ET1=1;while(pc&&pl&&pr);if(pc==0)dianrong();if(pr==0)dianzu(); if(pl==0)diangan();while(1);}測量電容參數(shù)程序：#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definepi#definelnvoidDisplayOneChar(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedcharDData);voidDisplayString(unsignedcharX,unsignedcharY,unsignedchar*DData);bitflag;sbitA1=P2^0;sbitA2=P2^1;sbitA3=P2^2;voiddianrong();voidfirst();//第一檔1u--1000uvoidsecond();//第二檔voidthird();/第三檔voidfourth();100p--1000pvoidpinlv();//計一秒頻率voiddisplay(longfloati);//顯示uchart0count;uchartimecount;ucharq;voiddianrong()//測電容{DisplayString(4,0,"C=");while(1){longfloati=0;A1=0;A2=1;A3=0;//置第二檔，判定頻率并選擇最適合的量程進(jìn)行測量pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;//求出頻率的大小if(i<100){A1=1;A2=0;A3=0;first();}//假設(shè)頻率小于100HZ，那么用第一檔測量if(i>2000&&i<50000){A1=0;A2=0;A3=1;third();}//假設(shè)頻率在2KHZ--50KHZ，那么用第二檔測量if(i>50000){A1=0;A2=0;A3=0;fourth();}//假設(shè)頻率大于50KHZ，那么用第三檔測量else{A1=0;A2=1;A3=0;second();}//不然在第二檔}}voidfirst()//選擇第一檔，從1u--1000u{longfloata;//判定頻率是不是不在該量程測量范圍內(nèi)do{longfloati=0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/3;//第一檔由于頻率較小，采納取三秒時刻，后求平均值a=i;i=i/1000;i=1000000/(ln*i*3*500);i=i*1000;//計算出電容的大小//if(i>)i=i*;display(i);//顯示數(shù)值}while(a<3000);}voidsecond(){longfloata;do{longfloati=0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;//第二檔，采納取2秒時刻，后求平均值a=i;i=i/1000;i=10000/(ln*i*(10+2*);i=i*100;//計算出電容的大小if(i>10000&&i<50000)i=i*;//用軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整display(i);//顯示數(shù)值}while(a>20&&a<3000);}voidthird(){longfloata;do{longfloati=0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;//第二檔，采納取2秒時刻，后求平均值a=i;i=i/1000;i=100000/(ln*i*3*100);i=i*10;//計算出電容的大小if(i<10000)i=i*;//用軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整if(i>10000&&i<30000)i=i*;display(i);//顯示數(shù)值}while(a>100&&a<6000);}voidfourth(){longfloata;do{longfloati=0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;//第二檔，采納取2秒時刻，后求平均值a=i;i=i/1000;i=10000/(ln*i*3*200);i=i*100;//計算出電容的大小if(i<300)i=i-75;//用軟件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整if(i>300&&i<500)i=i-50;if(i>500)i=i-25;display(i);//顯示數(shù)值}while(a>2000);}voiddisplay(longfloati){uchark,b1,b2,b3,a;k=0,a=0;while(i>10){i=i/10;k++;}b1=(int)i;b2=(int)(i*10-b1*10);b3=(int)(i*100-(int)(i*10)*10);DisplayOneChar(6,0,b1+0x30);DisplayOneChar(8,0,b2+0x30);DisplayOneChar(9,0,b3+0x30);DisplayOneChar(11,0,k+0x30);}voidpinlv(){t0count=0;timecount=0;TH0=0;TL0=0;TH1=(65535-50000)/256;TL1=(65535-50000)%256;flag=1;TR0=1;TR1=1;while(flag);TR0=0;TR1=0;}voidtime0(void)interrupt1using0//按時器中斷0{t0count++;}voidtime1(void)interrupt3using0{TH1=(65535-50000)/256;TL1=(65535-50000)%256;timecount++;if(timecount==20)flag=0;}測量電阻電感程序：voiddiangan(){longfloati=0;while(1){pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;i=1000000/(4*pi*pi*i*i*4700);i=i*1000000;q=2;display(i,q);}}voiddianzu(){longfloati=0;while(1){pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0;pinlv();i=t0count*65535+TH0*256+TL0+i;i=i/2;