1、摘要：本作品基于MSP430H49單片機為控制和處理平臺，實現(xiàn)了簡易L測量儀的功能，具有測量精度高、自動識別器件的優(yōu)點。 該測量儀是把電子元件的參數(shù)L轉(zhuǎn)換成頻率信號F，然后用單片機計數(shù)后再運算求出L，并送入顯示。頻率轉(zhuǎn)換原理C三點式振蕩。關鍵詞：LRC數(shù)字電橋、電壓比例法、液晶模塊、MSP430H49、電感測量目錄1.系統(tǒng)方案設計與選擇.1 1.1設計方案.11.2方案選擇.12.設計任務、要求、目的.32.1設計任務.3 2.2設計要求.32.3設計目的.33.電路設計原理以及分析3 3.1設計思路3.2設計原理框圖.4 3.3 PCB版圖設計.43.4 各具體電路設計分析53.5整體總電路

2、分析74.設計制作與調(diào)試以及材料清單84.1材料清單84.2設計制作與調(diào)試.85.小結(jié).106.心得體會12 7.參考文獻14第1章系統(tǒng)方案設計與選擇1.1系統(tǒng)方案設計電感測試儀的設計目前有多種方案可以實現(xiàn)，例如、使用可編程邏 輯控制器CPLC)、振蕩電路與單片機結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合 等等來實現(xiàn)。在設計前本文對各種方案進行了比較：方案一.基于模擬電路的測量儀利用模擬電路，電感可用時間常數(shù)發(fā)和同步分離法等，雖然避免 了編程的麻煩，但電路復雜，所用器件較多，靈活性差，測量精度低， 現(xiàn)在已較少使用。方案二.可編程邏輯控制器(PLC)此方案釆用PLC對硬件進行控制，應用較為廣泛。它能夠非常方

3、便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較 好，在設計中可釆用PLC對硬件進行控制，但是用PLC實現(xiàn)價格相 對昂貴，因而成本過局。方案三.釆用CPLD或FPGA實現(xiàn)此方案則釆用廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現(xiàn)電感測 試儀的設計，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進行綜合、仿真，并 下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但 相對而言設計規(guī)模大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜。方案四.利用LRC數(shù)字電橋與單片機結(jié)合 利用LRC數(shù)字電橋?qū)㈦姼袇?shù)轉(zhuǎn)化為電壓模擬信號，此模擬量由 高精度AD轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。這樣由單片機處理數(shù)字量，能夠 滿足測量精度高、系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)

4、配置靈活，容易構(gòu)成各種規(guī)模的系 統(tǒng)。、易于實現(xiàn)自動化測量等設計需要，而且單片機構(gòu)成的應用系統(tǒng) 有較大的可靠性方案五.利用電容三點式振蕩與單片機結(jié)合利用電容三點式振蕩電路產(chǎn)生振蕩波形然后通過施密特觸發(fā)器講 其波形轉(zhuǎn)換為矩形波，這樣又單片機處理數(shù)字量，能夠滿足測量精度 高、系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置靈活，容易構(gòu)成各種規(guī)模的系統(tǒng)。易于實現(xiàn)自動化測量等設計需要，而且單片機構(gòu)成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。1.2方案選擇通過對上述方案的比較，利用電容三點式振蕩電路與單片機結(jié)合 實現(xiàn)電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本文選定以單片機 為核心來實現(xiàn)對電感測量的設計。我們的測量儀是把電子元件的參數(shù)L轉(zhuǎn)換成頻率信號F

5、，然后 用單片機計數(shù)后再運算求出L，并送入顯示器。頻率轉(zhuǎn)換原理是 電容三點式振蕩，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而 頻率F是單片機很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理便于使 儀表實現(xiàn)自動化。方案中用到的MSP430149的CPU具有豐富的I/O和時基信號， 為我們提供了極大的方便，其中可以利用I/O 口高低電平來實現(xiàn) 量程的轉(zhuǎn)換。由于單片機MSP430149的定時器可以通過外部時鐘 源來計數(shù)，我們便可以將555電路或電容三點式振蕩電路產(chǎn)生的 頻率作為MSP430149的定時器的時鐘源，經(jīng)過計算和處理后，得到被測L值。2.設計任務、要求、目的2.1設計任務 設計并制作數(shù)字式電感測量儀2.

6、2設計要求A、測量電感范圍：，測量精度:;B、使用鍵來設置測量的種類和單位，并顯示；C、自制電源。2.3設計目的進一步擴展量程，并提量精度。3. 電路設計原理以及分析3.1設計思路此數(shù)字電感測量儀的設計流程圖如圖所示：測量信號產(chǎn)生電路 （正弦波） 待測元件與基準電阻分壓電路儀用差分式放大電路（增益可控）25V的電位提升電 路PIC單片機控制系 統(tǒng)輸出圖1系統(tǒng)總體框圖3.2設計原理圖本設計中，考慮到單片機具有物美價廉，功能強，使用方便靈活， 可靠性高等特點，采運用用MCS430單片機運用一定的軟件系統(tǒng)將輸入的頻率信號轉(zhuǎn)化為相應的被測量部分。系統(tǒng)分二大部分：測量電路和顯示電路。單片機取得相應的振蕩

7、頻率，把數(shù)據(jù)進行處理后，得出相應的參數(shù)值，系統(tǒng)設計框圖如下所示：顯示器89S52施密特觸發(fā)器被測電路電容三點式振蕩電路圖2系統(tǒng)總體框圖3.3 PCB版圖設計圖3 PCB電路3.4 各具體電路設計分析A、電感測量電路（電容三點式振蕩電路）以據(jù)電感的特點，三點式振蕩電路把電感值轉(zhuǎn)換為相對應的頻率值。 在此處這個三點式振蕩電路中，C1，C2釆用10000皮法的獨石電容，通過對一些標準電感的測量可得到的一些基準點，（），.,當測量未知電容L得到相應的脈沖周期的平方為時，由直線插值法可得L=Li+因其電容值遠遠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。誤差分析：

8、因為 L=l/4*3. 14*3. 14*f*f*c所以 | L/ L = 2f/f | + | C/C|由此可見，因為|2f/f|相當小，|L/L |的精度主要取決 于電容值的穩(wěn)定性，從理論上講，只要| C/C|小于1%，L/L 也就能達到相應的水平。一般而言，電容的穩(wěn)定性，特別是像 獨石電容一類性能比較好的電容，C/C 都可以滿足小于5%的要求，這樣誤差精度就能保持在_1%+1%以內(nèi)。電路圖如下：圖4電感測量電路B、施密特觸發(fā)器（將振蕩電路輸出波形轉(zhuǎn)換為矩形波） 電路圖如下：圖5施密特觸發(fā)器3.5整體總電路分析圖6總體電路圖4.設計制作與調(diào)試以及材料清單4.1材料清單4.2設計制作與調(diào)試在

9、Multisim軟件中調(diào)試得到的仿真波形與理論要求基本相符后開始制作實物。在材料準備好后，我開始著手實物的制作，首先我將要用到到工具準備好，然后查看電路板，心里找準元件的分布，將電阻，電感，電容依次烙在電路板上，再用電烙鐵拉錫，連接好所有的電路元件，在連接時注意元件的分布布局合理性，注意不要短接電路。振蕩電路仿真圖如下：圖7振蕩電路仿真圖5. 小結(jié)該測量儀是一種基于單片機的智能測量儀，它能夠智能地識別出待測元件電 感；能精確的測量出電感的參數(shù)值；當測量正弦信號的幅度過小時，可以自動實現(xiàn)增益放大，從而不影響精度。通過采用正交采樣算法，并由單片機控制實現(xiàn)在線測量、智能識別等多種功能，可大大提高測量

10、儀的測量速度跟精度，擴大測量范圍。本次設計先從設計原理出發(fā)，在圖書館和網(wǎng)上找到了相關內(nèi)容，而且學習了一些數(shù)字電感儀基本的工作原理，還簡單學習了protel99SE軟件的基本使用方法。之后連電路生成PCB版圖，從中深刻體會到了理論必須與實踐相結(jié)合的道理，因為這過程中出現(xiàn)了很多大大小小的問題，所以做出來真是相當不容易。在試驗過程中，無論從原始的理論計算，到后來的數(shù)值測量都存在一定的誤差，通過實驗所用器材根據(jù)電容三點式振蕩電路得到的電感計 算公式計算到所測電感72. 38 f=l/ (2*pi*)sqrt(LC);c=cl*c2/(cl+c2)=10nf*10nf/(lOnf+lOnf) =5nf;

11、L=lmH; f=72. 38KHZ;Multisim的仿真的頻率值為77. 5KHZ；用頻率計測得的頻率為87KHZ 由于在實際電路中電容的影響以及C1和C2的值很小，三級管的級間 也會對頻率產(chǎn)生影響，綜合在焊接過程中其他因素的影響實際測量值 與理論上的計算值存在誤差，如電路的干擾，標準元件本身誤差等。 但在設計與制作中誤差是在所難免的。6. 心得體會 兩天時間的設計與制作，不過總算是順利結(jié)束了。電路也設計出來了， 從仿真的結(jié)果看，測量有些誤差，不過還算可以。 本次課設體會與其他幾次課設最大的不同之處在于作品是幾個人共同協(xié)作的成果。這種合作方式既有缺點又有優(yōu)點。優(yōu)點是各個人共同尋找資料、設計

12、整體思路及各個單元模塊的搭建，能提高效率，且將不同的方案從各個方面還有整體上進行分析對比，更有利于找到 最優(yōu)的解決方案。我們?nèi)讼嗷ビ懻?，相互交流，對課題的理解有了 一致的想法。我們最終選擇了相對合理的現(xiàn)行方案，對各個模塊的劃 分以及具體功能有了具體的分配。但是同時，三個人的工作分配、意 見的統(tǒng)一也為設計帶來了另一方面的問題?？傊舜握n程設計鍛煉 了我們團結(jié)合作的能力。非常感謝學院能給我們提供這樣的一個可以自己動腦、動手進行設計的機會，同時也大大加強了同學之間的溝通，以及學生與老師之間的交流，這是一個放飛自我的平臺，也是我們理想與實際結(jié)合的升華，我想學院給我們提供的這些，教會我們的這些不僅僅在現(xiàn)在有用，對于我們今后步入社會也是同樣有用的。而且，電子設計是一次非常好的將理論與實際相結(jié)合的機會， 通過對電感測試儀的設計，鍛煉了我們的動手能力，增強了我們解決 實際工程問題得能力，同時也提高了我們查找文獻資料，設計規(guī)范以 及其他專業(yè)能力水平。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己