1、簡(jiǎn)易電阻、電容和電感測(cè)試儀1.1基本設(shè)計(jì)要求（1）測(cè)量范圍：電阻1001M；電容100pF10000pF；電感100H10mH。（2）測(cè)量精度：±5% 。（3）制作4位數(shù)碼管顯示器，顯示測(cè)量數(shù)值。示意框圖1.2 設(shè)計(jì)要求發(fā)揮部分（1）擴(kuò)大測(cè)量范圍；（2）提高測(cè)量精度；（3）測(cè)量量程自動(dòng)轉(zhuǎn)化。 摘要：本系統(tǒng)是依賴單片機(jī)MSP430建立的的，本系統(tǒng)利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式振蕩轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，一方面測(cè)量精度高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的

2、可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成何種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。綜上所述，利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試儀更為簡(jiǎn)便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來進(jìn)行。關(guān)鍵詞：430單片機(jī)，555多諧振蕩電路，電容三點(diǎn)式振蕩 一、 系統(tǒng)方案 電阻測(cè)量方案：555RC多諧振蕩。利用RC和555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路，通過測(cè)量輸出振蕩頻率的大小即可求得電阻的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，通過選擇合適的電容值即可獲得適當(dāng)?shù)念l率范圍，再交由單片機(jī)處

3、理。 綜合比較，本設(shè)計(jì)采用方案三，采用低廉的NE555構(gòu)建RC多諧振蕩電路，電路簡(jiǎn)單可行，單片機(jī)易控制。 電容測(cè)量方案：555RC多諧振蕩 同樣利用RC和555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路，通過測(cè)量輸出振蕩頻率的大小即可求得電容的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能測(cè)出較寬的電容范圍，能夠較好滿足題目的要求。 采用低廉的NE555構(gòu)建RC多諧振蕩電路，電路簡(jiǎn)單可行，單片機(jī)易控制。 電感測(cè)量方案：電容三點(diǎn)式采用LC配合三極管組成三點(diǎn)式震蕩振蕩電路，通過測(cè)輸出頻率大小的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電感值測(cè)量。該方案成本低，其輸出波形為正弦波，將其波形整形后交給單片機(jī)測(cè)出其頻率，并轉(zhuǎn)換為電感值。二、 理論分

4、析與計(jì)算1. 電阻測(cè)量的分析及計(jì)算根據(jù)題目要求，如圖2.1，采用555多諧振電路，將電阻量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻率信號(hào)值?？紤]到單片機(jī)對(duì)頻率的敏感度，具體的講就是單片機(jī)對(duì)10KHz-100KHz的頻率計(jì)數(shù)精度最高。所以要選用合理的電阻和電容大小。同時(shí)又要考慮到不能使電阻的功率過大，所以在選第一個(gè)量程時(shí)取R=330，C=0.22uF（此時(shí)Rx=100歐為測(cè)量下限）；在第二個(gè)量程取R=20 K，C=0.01uf（此時(shí)Rx=1兆歐為 測(cè)量上限）。 電路分為了兩個(gè)檔：1)、100Rx10000歐:R1=330歐，C=0.22uF：Rx=3.27885/f106-1952)、10000Rx10兆歐:R1=20千

5、歐，C=0.01微法：Rx=7.215/f107-10000仿真圖 圖2.12. 電容測(cè)量的分析與計(jì)算 測(cè)量電容采用的RC振蕩電路與測(cè)電阻的振蕩電路完全一樣，如圖2.2。同樣也選用兩個(gè)量程。第一個(gè)量程R1=R2=510千歐；第二個(gè)量程R1=R2=10千歐。這樣可使電容擋的測(cè)量范圍很寬。 電容的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩路，通過計(jì)算振蕩電路的輸出頻率計(jì)算被測(cè)電容的大小。電路分為了兩個(gè)檔：1)、100Cx1000pF: R1=R2=510k：Cx =48100000/f2)、10000pFCx47uF: R1=R2=10K：Cx =8400000/f圖2.2仿真圖3. 電感

6、測(cè)量的分析與計(jì)算 依據(jù)電感的特點(diǎn)，三點(diǎn)式振蕩電路把電感值轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的頻率值，如圖2.3。在此處這個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路中，C3,C4分別采用0.1u和0.22u的獨(dú)石電容，因其電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶體管極間電容值，所以可把極間電容值忽略。這樣根據(jù)振蕩頻率公式可以確定電感值: 則 L= 1/(2*3.14*fx)2/C C=C3*C4/(C3+C4) 一般而言，電容的穩(wěn)定性，特別是像獨(dú)石電容一類性能比較好的電容,誤差精度就能保持在-5%+5%以內(nèi)。仿真圖 圖2.3 圖3.3三、 程序設(shè)計(jì)電阻、電容和電感參數(shù)測(cè)試儀主程序流程圖如圖4.1。根據(jù)按鍵選擇測(cè)量狀態(tài)，進(jìn)入相應(yīng)的測(cè)試程序。 圖4.1四、 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)

7、果分析1. 測(cè)試使用的儀器設(shè)備測(cè)試使用的儀器設(shè)備如表4-1所示。 表4-1 測(cè)試使用的儀器設(shè)備序號(hào)名稱、型號(hào)、規(guī)格數(shù)量備注示波器DS10621EDU1無萬用表DM30511無穩(wěn)壓電源APS3003S-3D1無RCL電橋測(cè)量?jī)xZC2817D1無2.測(cè)試方法在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以MSP430F149單片機(jī)為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀，將電阻，電容，電感，使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。使用C語言編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電

8、阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊、鍵盤模塊、整形模塊、模擬開關(guān)模塊。在測(cè)試時(shí)將被測(cè)參數(shù)通過本系統(tǒng)測(cè)量出來的示值與參數(shù)的標(biāo)稱值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的測(cè)試精度。2. 測(cè)試數(shù)據(jù) 我們RLC測(cè)試的量程為電阻：100 至10 M；電容:100pF至47uF；電感：10uH至15mH。測(cè)量數(shù)據(jù)如表4-2。表4-2 RLC測(cè)量數(shù)據(jù) 電阻測(cè)量 電容測(cè)量 電感測(cè)量實(shí)測(cè)值標(biāo)稱值誤差實(shí)測(cè)值標(biāo)稱值誤差實(shí)測(cè)值標(biāo)稱值誤差100.13107.8-7.12114.24pf100pf14.24101.97uh100uh1.97500.11505-0.96949.15pf1000pf-5.081.028mh1mh2

9、.83985.299671.894501.6pf4700pf-4.229.74mh10mh-2.653.0196k2.95k2.3610001.8pf10000pf0.01810.16k9.8k3.72103863.9pf100000pf3.8652.04k53.3k-2.36324.8k327k-0.68978.5k985k-0.664.測(cè)試結(jié)果分析 在測(cè)試電阻電容時(shí)我們采用的是555振蕩器產(chǎn)生脈沖波進(jìn)而測(cè)試其頻率來算出電容電阻。在測(cè)試時(shí)測(cè)量小電阻時(shí)時(shí)誤差有點(diǎn)大，但是測(cè)量大電阻時(shí)誤差就比較小了，都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。而測(cè)量電容時(shí)也是小電容時(shí)誤差有點(diǎn)大，而大電容誤差就很小了。因?yàn)殡娮桦娙菸覀兌际莿?/p>

10、分為兩個(gè)檔，所以有可能是檔位劃分的不夠精準(zhǔn)，所以導(dǎo)致誤差較大。測(cè)電感時(shí)是通過電容三點(diǎn)式來測(cè)量的。我們的測(cè)量范圍為100uH到10mH，由于起振的幅度達(dá)不到555振蕩器幅度要求，所以測(cè)量10uH的就不能測(cè)試，因而我們只能測(cè)試100UH以上的。它的測(cè)量誤差也基本能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。五、 小結(jié) 本次課題是基于MSP430單片機(jī)的簡(jiǎn)易電阻電容電感測(cè)試儀的制作。整體方案我們采用諧振法來測(cè)其頻率 來反算出其對(duì)應(yīng)的值。電阻電容我們采用的是555振蕩器。而電感測(cè)試我們采用的電容三點(diǎn)式起振。硬件方面我們做出來基本能達(dá)到要求。就是在測(cè)量小電容電阻時(shí)有點(diǎn)誤差。但是軟件方面卻遇到了許多問題。從而導(dǎo)致最終結(jié)果沒有出來。做

11、的來說我們這次課題是失敗的。此次課題中，我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)了 MSP430單片機(jī)，也了解到了555振蕩器的工作原理。以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)了電容三點(diǎn)式的工作原理。但是，我們也有許多不足的地方，特別是軟件這塊。希望在接下來的培訓(xùn)中能夠趕上來。 參考文獻(xiàn) 1 黃智偉全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第二版），北京航空航天大學(xué)出版社。 2 閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版），高等教育出版社。 3 電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版).康華光.高等教育出版社，2006.4 電子線路設(shè)計(jì) . 實(shí)驗(yàn) . 測(cè)試（第三版）.謝自美.華中科技大學(xué)出版社，2006.附錄：/*按鍵1表示測(cè)電阻，按鍵2表示測(cè)電容，按鍵3表示測(cè)電感按鍵4表示切換量

12、程，每種對(duì)象默認(rèn)用大量程，按鍵4可以在大小量程之間來回切換*/#include <msp430x14x.h>#include "boardConfig.h"#include "lcd1602.h"void delay1(unsigned char x) unsigned char y=100; for(;x>0;x-) while(y-); void Timerb_init(void) P4SEL |= BIT1; /選擇P1.1為第二功能 P4DIR &= BIT1; TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2; /Tim

13、er_A時(shí)鐘源為MCLK、連續(xù)計(jì)數(shù)模式 TBCCTL1 = CM_1 + CAP + CCIE + CCIS_1 + SCS; /上升沿捕獲、捕獲模式、開中斷、選擇輸入端為CCI0A、同步捕獲void port1_init() P1IES = 0x0f; / P1.0P1.3選擇下降沿中斷 P1IE = 0x0f; / 打開中斷使能 P1DIR = BIT7; /設(shè)置P1.0P.3為輸入狀態(tài)，P.7為輸出 P1OUT = 0;void main() unsigned int i; WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; BCSCTL1 &= XT2OFF; do IFG1&

14、amp;=OFIFG; /激活失敗標(biāo)志位置零 for(i=0;i<250;i+); /等待激活 while(IFG1&OFIFG); /判斷是否激活 BCSCTL2 = SELM_2 + SELS; /主系統(tǒng)時(shí)鐘6M,子系統(tǒng)時(shí)鐘6M port1_init(); BoardConfig(0xfF); LcdReset(); Delay5ms(); LcdWriteCommand(0x01, 1); /顯示清屏 Timerb_init();_EINT(); while(1) if(r_now) /電阻第一檔計(jì)算 DispNChar(0,0,3,Rx1); if(range) Rx =

15、 (7.215 * 1000 *10 /fx -10)*10; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Rx/100000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Rx/10000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Rx/1000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Rx/100)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Rx/10)%10); Disp1Char(9,0,'.'); Disp1Char(10,0,0x30+(long)Rx%10); DispNC

16、har(13,0,2,unit_R); else /電阻第二檔計(jì)算 Rx = (3.27885 * 1000 * 1000/fx - 165)*10; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Rx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Rx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Rx/100000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Rx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Rx/1000)%10); Disp1Char(9,0,

17、0x30+(long)(Rx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Rx/10)%10); Disp1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Cx%10); Disp1Char(13,0,' '); Disp1Char(14,0,'o'); else if(c_now) /電容第一檔計(jì)算 DispNChar(0,0,3,Cx1); if(range) Cx = 4.8089 * 1000 * 100/ fx; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Cx/

18、100000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Cx/10000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Cx/1000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Cx/100)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Cx/10)%10); Disp1Char(9,0,'.'); Disp1Char(10,0,0x30+(long)Cx%10); DispNChar(13,0,2,unit_C1); else /電容第二檔計(jì)算 Cx = 0.94 * 1000 * 1000 *

19、10/ fx ; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Cx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Cx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Cx/100000)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Cx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Cx/1000)%10); Disp1Char(9,0,0x30+(long)(Cx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Cx/10)%10); Dis

20、p1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Cx%10); DispNChar(13,0,2,unit_C2); else if(l_now) /電感計(jì)算 DispNChar(0,0,3,Lx1); Lx = 3.68441 * 1000 * 1000 * 1000 *1000 / fx/fx; Disp1Char(4,0,0x30+(long)(Lx/10000000)%10); Disp1Char(5,0,0x30+(long)(Lx/1000000)%10); Disp1Char(6,0,0x30+(long)(Lx/10000

21、0)%10); Disp1Char(7,0,0x30+(long)(Lx/10000)%10); Disp1Char(8,0,0x30+(long)(Lx/1000)%10); Disp1Char(9,0,0x30+(long)(Lx/100)%10); Disp1Char(10,0,0x30+(long)(Lx/10)%10); Disp1Char(11,0,'.'); Disp1Char(12,0,0x30+(long)Lx%10); DispNChar(13,0,2,unit_L); #pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void P

22、ORT1_ISR(void) if(P1IFG & 0x0f) switch(P1IFG & 0x0f) case 0x01: if(keyin = 0x0e) /如果是第一個(gè)按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0e) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 1; range = 1; r_now = 1; c_now = 0; l_now = 0; P1IFG = 0; return; case 0x02: if(keyin = 0x0d) /如果是第二個(gè)按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0d) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 2; range =1; /復(fù)位到大量程 r_now = 0; c_now = 1; l_now = 0; P1IFG = 0; return; case 0x04: if(keyin = 0x0b) /如果是第三個(gè)按鍵被按下 delay1(1); if(keyin = 0x0b) while(keyin != 0x0f); /等待按鍵放開 KeyVal = 3; range = 1; r_now = 0; c_now = 0; l_now = 1; P