1、電阻、電容、電感測試儀的系統硬件設計1 前言1.1 設計的背景及意義目前，隨著電子工業的發展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現實必要性。通常情況下，電路參數的數字化測量是把被測參數傳換成直流電壓或頻率后進行測量。電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。傳統的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數字化測量技術的發展，在測

2、量速度和精度上有很大的改善，電容的數字化測量常采用恒流法和比較法。電感測量可依據交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數字化測量常采用時間常數發和同步分離法。由于測量電阻，電容，電感方法多并具有一定的復雜性，所以本次設計是在參考555振蕩器基礎上擬定的一套自己的設計方案。是嘗試用555振蕩器將被測參數轉化為頻率，這里我們將RLC的測量電路產生的頻率送入AT89C52的計數端端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率再通過該頻率計算出各個參數。1.2 電阻、電容、電感測試儀的發展歷史及研究現狀當今電子測試領域，電阻，

3、電容和電感的測量已經在測量技術和產品研發中應用的十分廣泛。電阻、電容和電感測試發展已經很久，方法眾多，常用測量方法如下。電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。傳統的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數字化測量技術的發展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數字化測量常采用恒流法和比較法。電感測量可依據交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數字化測量常采用時間常

4、數發和同步分離法。在我國1997年05月21日中國航空工業總公司研究出一種電阻、電容、電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電阻、電容、電感元件實行等電位隔離，其特征在于，(1)將一個運算放大器的輸出端與其反相輸入端直接連接，形成一個電壓跟隨器；(2)將基準精密電阻(R)的一端與被隔離的在線元件(Zx)的一端通過導線連接，基準精密電阻(R)的另一端與信號源(Vi)或者地連接，被隔離的在線元件(Zx)的另一端通過導線與地或者信號源(Vi)連接，基準精密電阻(R)與被隔離的在線元件(Zx)連接的一端同時與運算放大器的同相輸入端連接；(3)通過導線將運算放大器的輸出端與線路板上所有的隔離

5、點(C)連接，隔離點(C)的確定方法是：在線路板上凡是與被隔離的在線元件(Zx)靠近信號源(Vi)的一端(A)相連的電阻、電容、電感元件的另一端均為隔離端(C)。中國本土測量儀器設備發展的主要瓶頸。盡管本土測試測量產業得到了快速發展，但客觀地說中國開發測試測量儀器還普遍比較落后。每當提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實際上，這些都還是表面現象，真正影響中國測量儀器發展的瓶頸為：1.測試在整個產品流程中的地位偏低。由于人們的傳統觀念的影響，在產品的制造流程中，研發始終處于核心位置，而測試則處于從屬和輔助位置。關于這一點，在幾乎所有的研究機構部門

6、配置上即可窺其一斑。這種錯誤觀念上的原因，造成整個社會對測試的重視度不夠，從而造成測試儀器方面人才的嚴重匱乏，造成相關的基礎科學研究比較薄弱，這是中國測量儀器發展的一個主要瓶頸。實際上，即便是研發隊伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。 2.面向應用和現代市場營銷模式還沒有真正建立起來。本土儀器設備廠商只是重研發，重視生產，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現代營銷體系和面向應用的研發模式。傳統的營銷模式在計劃經濟年代里發揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進公司之間的差距，國內儀器研發企業應加速實現從面向仿制的研發向面向應用的研

7、發的過渡。特別是隨著國內應用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應該利用這些動力，跟蹤應用技術的快速發展。3.缺乏標準件的材料配套體系。由于歷史的原因，中國儀器配套行業的企業多為良莠不齊的小型企業，標準化的研究也沒有跟上需求的快速發展，從而導致儀器的材料配套行業的技術水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個產業的要求還有一定距離。所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術水平沒有達到的條件下，一味地追求精度或追求高指標，而沒有處理好與穩定性之間的關系。上述這些都是制約本土儀器發展的因素。近年來我國測量儀器的可靠性和穩定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測

8、試儀器行業目前已經越過低谷階段，重新回到了快速發展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測量設備研發方面，與國外先進產品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術的發展，為中國的測試測量儀器行業帶來了新的契機，加上各級政府日益重視，以及中國自主應用標準研究的快速進展，都在為該產業提供前所未有的動力和機遇。從中國電子信息產業統計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業新創企業，也催生出了一批批可靠性和穩定性較高的產品。1.3 本設計所做的工作本設計是

9、以555為核心的振蕩電路，將被測參數模擬轉化為頻率，并利用單片機實現計算頻率，所以，本次設計需要做好以下工作：(1)學習單片機原理等資料。(2)學習PROTEL99E, KEL3.0等工具軟件的使用方法。(3)設計測量電阻，電容，電感的振蕩電路。(4)設計測量LED動態顯示電路。(5)設計測量頻率程序，設置程序。(6)用PROTEL軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。(7)安裝和調試，并進行實際測試，記錄測試數據和結果。2 電阻、電容、電感測試儀的系統設計2.1 電阻、電容、電感測試儀設計方案比較電阻、電容、電感測試儀的設計可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運算器法和積分運算器法，電

10、容可用恒流法和比較法，電感可用時間常數發和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機結合或CPLD與EDA相結合等等來實現。在設計前對各種方案進行了比較：1)利用純模擬電路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，現在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) 應用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業控制系統中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設計中可采用PLC對硬件進行控制，但是用PLC實現價格相對昂貴，因而成本過高。 3)采用CPLD或FPGA實現應用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現電阻，電容，電感測試儀的設計，利用MAXP

11、LUSII集成開發環境進行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統的控制作用。但相對而言規模大，結構復雜。4)利用振蕩電路與單片機結合利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數轉化為頻率，而電感則是根據電容三點式電路也轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數字量，而頻率f是單片機很容易處理的數字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現自動化，而且單片機構成的應用系統有較大的可靠性。系統擴展、系統配置靈活。容易構成各種規模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現，而且設計時間短，成本低，可靠性高。綜上所述，利

12、用振蕩電路與單片機結合實現電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節約成本。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。2.2 系統的原理框圖本設計中，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，擬采用MCS - 51系列的單片機為核心來實現電阻、電容、電感測試儀的控制。系統分四大部分：測量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。通過P1.3和P1.4向模擬開關送兩位地址信號，取得相應的振蕩頻率，然后根據所測頻率判斷是否轉換量程，或者是把數據進行處理后，得出相應的參數值。系統設計框圖如圖2-1如下所示。圖2-1 系統設計框圖框圖各部分說明如下：1)控制部分：本設計以單片機為核心，采用8

13、9C51單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統，定時/計數器和LED顯示功能等。LED燈：本設計中，設置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。數碼管顯示：本設計中有1個74HC02、2個74LS573、1個2803驅動和6個數碼管，采用共陽極方式連接構成動態顯示部分，降低功耗。鍵盤：本設計中有Sr，Sc，SL三個按鍵，可靈活控制不同測量參數的切換，實現一鍵測量。2)通道選擇：本設計通過單片機控制CD4052模擬開關來控制被測頻率的自動選擇。3)測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實現被測電阻和被測電容頻率化。電容三點式振蕩電路是利用電容三點

14、式振蕩電路實現被測電感參數頻率化。通過51單片機的IO口自動識別量程切換，實現自動測量。3 電阻、電容、電感測試儀的系統硬件設計3.1 MCS-51單片機電路的設計在本設計中，考慮到單片機構成的應用系統有較大的可靠性，容易構成各種規模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現。另外，本設計還需要利用單片機的定時計數器、中斷系統、串行接口等等，所以，選擇以單片機為核心進行設計具有極大的必要性。在硬件設計中，選用MS-51系列單片機，其各個I/O口分別接有按鍵、LED燈、七位數碼管等，通過軟件進行控制。 MCS-51單片機包含中央處理器、程序存

15、儲器(ROM)、數據存儲器(RAM)、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元，以及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在分別加以說明：1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。2)數據存儲器(RAM)：內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或

16、用戶定義的字型表。3)程序存儲器(ROM)：共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。4)定時/計數器(ROM)：有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。5)并行輸入輸出(I/O)口：共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。6)全雙工串行口：內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發器，也可以當同步移位器使用。7)中斷系統：具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串口中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。8)時鐘電路：內置

17、最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序。本設計中單片機的設計電路如下圖3-1所示： 圖3-1 單片機的設計電路本電路使用單片機內部振蕩器，11.0592MHz的晶體諧振器直接接在單片機的時鐘端口X1和X2，電路中C2、C3為振蕩器的匹配電容。該電路簡單，工作可靠 。另外本系統的容阻上電復位，就是利用RC電路的充電過程來給單片機復位。RC電路的時間常數計算公式：T=RC (3-1)即：T=RC=10u*10k=100ms。當需要復位時，也可以按下復位按鍵，進行復位。3.2 LED數碼管電路與鍵盤電路的設計在電阻、電容、電感測試系統中，用LED燈來顯示測量參數的類別和電源

18、指示，既簡單又顯而易見。與小白熾燈泡和氖燈相比，LED的特點是：工作電壓很低(有的僅一點幾伏)；工作電流很小(有的僅零點幾毫安即可發光)；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發光的強弱。由于有這些特點，發光二極管在一些光電控制設備中常常用作光源。在本設計中，利用單片機的P1.0、P1.1和P1.2口直接和發光二極管相連接，控制程序放在 MCS-51單片機的ROM中。由于測試指示燈為發光二極管且陽極通過限流電阻與電源正極相接，所以為共陽極。因此 I/0口輸出低電平時，與之相連的相應指示燈會亮；I/0口輸出高電平時，相應的指示燈會滅。發光二極管的接口電路如圖3

19、-2所示： 圖3-2 發光二極管的接口電路發光二極管的設計中，每個二極管與單片機接口間有一個電阻，其阻值至少為180歐。按3.3V時的工作電流15mA來計算，需要讓與之串聯的電阻，分去VCC 5V電壓中的2.7V電壓，則得到R=U/I=2.7V/0.015A=180歐，且電阻的功率為P=UI=2.7V*0.015A=0.041W。另外，在本設計中，LED應用于七位數碼管中，實現了被測參數的顯示，七位數碼管以共陰極的方式經過74LS573鎖存器與單片機的P0口相連。六位數碼管顯示被測參數的示值從左到右依次代表十萬、萬、千、百、十和個位，這樣顯示結果更為簡單可行。數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來

20、驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。1)靜態顯示驅動：靜態驅動也稱直流驅動，靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動使編程簡單，顯示亮度高。2)動態顯示驅動：數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究

21、竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。經過對兩種顯示方式的比較分析：靜態方式需要大量I/O，而動態掃描顯示方式能夠節省大量的

22、I/O口，且電路結構也比較簡單，顯示效果良好，因此最終采用動態掃描顯示方式。系統核心電路(AT89S52最小系統)的P0口以總線方式與二片數據鎖存器(74HC573)相連接，二片74HC573的片選使能端(LE)分別連接在或非門(74HC02)的1、4管腳，三個或非門相類似，都是兩個輸入端的其中一端接在單片機的16管腳(WR)，而另一端分別接在P2.5P2.6。單片機片選電路如圖3-3所示。圖3-3 單片機片選電路或非門片選電路分析：當單片機通過P0口總線輸出數據時，16管腳(WR)為低電平“0”，片選信號端P2.5P2.7中，要被片選端為“0”，其它為“1”，這樣三個或非門中，只有需要片選中

23、或非門的輸出為高電平“1”，其它兩個或非門的輸出信號為低電平“0”。另外，74HC573數據鎖存器的LE使能端為高電平有效，與之前電路結合可以實現片選功能。在本設計中，LED顯示接口電路如下圖3-4所示：圖3-4 LED顯示接口電路電路由6個共陰極數碼管、兩個74HC573和一個ULN2803組成。兩個74HC573分別作為段碼和位碼的數據鎖存器，它們的片選信號來自最小系統AT89S52的P2.5和P2.6，由此可以計算出它們的片選地址：段碼片選地址為C000HDFFFH，位碼片選地址為A000HBFFFH。ULN2803是達林頓管，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出的作用。由于電路使用的是共

24、陰極動態顯示方式，ULN2803在位碼數據鎖存器后連接八個數碼管的COM端，可以增強驅動數碼管的能力，使數碼管的顯示效果更好。本設計中設置了Sr,Sc,SL三個按鍵，利用單片機的P1.0、P1.1和P1.2口直接和按鍵相連接，控制程序放在 MCS-51單片機的ROM中用于啟動各個被測參數程序的調整。見圖3-5按鍵電路所示圖3-5 按鍵電路控制R、L、C的三個按鍵接入一個10K大小的上拉電阻，起限流保護作用。當有鍵按下時為低電平，無鍵按下時則為高電平。3.3 測量電阻、電容電路的設計3.3.1 555定時器簡介555定時器是一種模擬電路和數字電路相結合的中規模集成器件，它性能優良，適用范圍很廣，

25、外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩態觸發器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發器。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產生與變換、測量與控制等方面。1)555定時器內部結構555定時器是一種模擬電路和數字電路相結合的中規模集成電路,其內部結構如圖3-6(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。圖3-6 定時器內部結構它由分壓器、比較器、基本R-S觸發器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個5K的等值電阻串聯而成。分壓器為比較器A1、A2提供參考電壓，比較器A1的參考電壓為23Vcc，加在同相輸入端，比較器A2的參考電壓為13Vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結構相同的集成

26、運放A1、A2組成。高電平觸發信號加在A1的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本R-S觸發器RD端的輸入信號；低電平觸發信號加在A2的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結果作為基本R-S觸發器SD端的輸入信號。基本R-S觸發器的輸出狀態受比較器A1、A2的輸出端控制。2)多諧振蕩器工作原理由555定時器組成的多諧振蕩器如圖3-7(C)部分所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖(D)部分所示。 圖3-7 震蕩器工作原理設電容的初始電壓Uc0，t0時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸發端VTHVTL013Vcc，比較器A1輸出為高電平，A2輸出

27、為低電平，即RD=1，SD=0(1表示高電位，0表示低電位)，R-S觸發器置1，定時器輸出u0=1此時Q=0，定時器內部放電三極管截止，電源Vcc經R1，R2向電容C充電，uc逐漸升高。當uc上升到13Vcc時，A2輸出由0翻轉為1，這時RD=SD=1，R-S觸發順保持狀態不變。所以0tt1期間，定時器輸出u0為高電平1。t=t1時刻，uc上升到23Vcc，比較器A1的輸出由1變為0，這時RD=0，SD=1，R-S觸發器復0，定時器輸出u0=0。t1tt2期間，Q=1，放電三極管T導通，電容C通過R2放電。uc按指數規律下降,當uc23Vcc時比較器A1輸出由0變為1，R-S觸發器的RD=SD

28、=1，Q的狀態不變，u0的狀態仍為低電平。t=t2時刻，uc下降到13Vcc，比較器A2輸出由1變為0，R-S觸發器的RD=1，SD=0，觸發器處于1，定時器輸出u0=1。此時電源再次向電容C放電，重復上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出u0=1，電容放電時，u0=0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質是將直流形式的電能變為矩形波形式的電能。3)振蕩周期由圖(D)可知，振蕩周期T=T1+T2。T1為電容充電時間，T2為電容放電時間。充電時間：T1=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C (3-2)放電時間：T2=R2

29、Cln20.7R2C (3-3)矩形波的振蕩周期：T=T1+T2=ln2(R1+2R2)C0.7(R1+2R2)C (3-4)因此改變R1、R2和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個參數：占空比q，q=(脈寬tw)/(周期T)，tw指輸出一個周期內高電平所占的時間。圖（C）所示電路輸出矩形波的占空比： q=T1T=T1T1+T2=R1+R2R1+2R2 (3-5)3.3.2 測量電阻電路的設計定時器555是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構成多諧、單穩及施密特觸發器。電阻的測量采用“脈沖計數法”，由555電路構成的多諧振蕩

30、電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T1=t1+t2=(ln2)(R1+R2)*C1+(ln2)R2*C1 (3-6) 得出：fx=1(ln2)(R1+2RX)C1 (3-7)即： RX=(1ln2C1*fX-R1)/2 (3-8) 電路分為2檔：1、100Rx1000 ：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srd,R2=330,C2=0.22uF：RX=(6.56*(le+6)/2*fX)-330/2 (3-9)2、1000Rx 1M ：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srg,R1=20K,C3=103pF：RX=(1.443*le+8)/(2*f

31、X)-(le+4) (3-10)電阻測試電路見圖3-8所示。圖3-8 電阻測試電路3.3.3 測量電容電路的設計電容的測量同樣采用“脈沖計數法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T1=t1+t2=(ln2)(R1+R2)*CX+(ln2)R2*CX (3-11)我們設置 R1=R2,得出：fx=13(ln2)/R1*CX (3-12) 即： CX=13ln2R1*fX (3-13)電路分為1檔：R4=510K,R4=R6；CX=(0.94*(le+6)/fX (3-14)電容測試電路見圖3-9所示。圖3-9

32、電容測試電路3.4 測量電感電路的設計及仿真3.4.1 測量電感電路的設計電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現的。電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，三點式振蕩電路是指：LC回路中與發射極相連的兩個電抗元件必須是同性質的，另外一個電抗元件必須為異性質的，而與發射級相連的兩個電抗元件同為電容式的三點式振蕩電路，也就是射同基反的構成原則成為電容三點式振蕩電路。其振蕩頻率為：fX=12LC (3-15) 即： LX=14*fX*fX*C (3-16)LX=(38*(le+6)/fX2 (3-17)電感測試電路見圖3-10所示。圖3-10 電感測試電路3.4.2 測量電感電路的仿真PSpice仿

33、真軟件簡介：這次設計中主要用到Pspice軟件中的電路原理圖編輯程序Schematics模塊和輸出結果繪圖程序Probe模塊。其中在電路原理圖編輯程序Schematics模塊中PSPICE的輸入有兩種形式，一種是網單文件(或文本文件)形式，一種是電路原理圖形式，相對而言后者比前者較簡單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開已有的原理圖文件。電路元器件符號庫中備有各種原器件符號，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號外，還有運算放大器，比較器等宏觀模型級符號，組成電路圖，原理圖文件后綴為.sch。圖形文字編輯器自動將原理圖轉化為電路網單文件以提供給模擬計算程序運行仿真。而在

34、輸出結果繪圖程序Probe模塊中Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶作業文本文件或圖形文件仿真運行后形成的后綴為.dat的數據文件。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結果的波形和曲線。隨著計算機圖形功能的不斷增強，PC機上windows95,98,2000/XP的出現，Probe的繪圖能力也越來越強。利用PSpice仿真軟件對電容三點式振蕩電路的仿真原理如圖3-11，雙擊XSC1后可查看仿真波形，仿真波形如圖3-12所示。圖3-11仿真原理圖圖3-12仿真波形圖由仿真結果可知該輸出波形為正弦波，為了方便頻率測量，把該波形通過555構成

35、的施密特觸發器整形為方波，送入單片機T1口進行頻率計算。3.5 多路選擇開關電路的設計利用CD4052實現測量類別的轉換，CD4052是差分四通道數字控制模擬開關器件，有A0和A1兩個二進制控制輸入端和INH輸入，具有低導通阻抗和很低的截止電流。當INH輸入端=“1”時所有通道截止，二位二進制輸入信號選通四對通到中的一通道。當選擇了某一通道的頻率后，Y輸出頻率通過T1送入單片機進行計數，通過計算得到要被測值，多路選擇開關控制如表3-1 所示。表3-1 多路選擇開關控制 P1.4 P1.3 測量類別00Y0-R01Y1-C10Y2-L11*表3-1中*表示未定義此功能。多路選擇開關硬件電路如圖3

36、-13所示。圖3-13 多路選擇開關4 電阻、電容、電感測試儀的軟件設計4.1 I/O口的分配P1.0 R測量程序的選擇P1.1 C測量程序的選擇P1.2 L測量程序的選擇P1.3-P1.4多路選擇開關控制選擇P1.0、P1.1和P1.2按鍵輸入及測量指示燈開始結束初始化執行鍵功能有無按鍵操？作？有無在本設計的模塊中，模塊是以單片機為核心，再通過按鍵控制測量的被測參數在數碼管顯示，按鍵主流程圖如4-1所示。圖4-1按鍵主程序流程圖4.2 主程序流程圖在電阻、電容、電感測試儀的設計中，便于直觀性，在數碼管上顯示被測參數的選擇，被測參數各個燈的選擇以及具體設置。通過三個按鍵Sr,Sc,SL來進行靈

37、活控制，具體操作流程如4-2所示。 開始初始化鍵掃描健分析，置狀態R測試狀態C測試狀態L測試狀態開中斷定時器設置通道及指示燈的設置采值并計算顯示結束NoYes圖4-2 RLC測試儀的軟件流程圖首先插入被測元件，開關打開以后，按下SET鍵，進行復位，然后進行按鍵選擇，選擇被測參數類別，之后單片機根據按鍵類別啟動相應的參數測試程序，測試完畢后將結果送入數碼管顯示。4.3 頻率參數計算的原理INT1 本設計頻率的計算采用單片機外部中斷 ，對外觸發電路產生的脈沖頻率的測量，再通過對測量數據的校正來完成。單片機對頻率測量的原理如下圖4-3所示。圖4-3 測頻率原理圖示說明：圖4-3中t1時刻檢測到高電平

38、開定時器1，開始計數；t2時刻等待檢測低電平；t3時刻第二次檢測到高電平時關定時器停止計數。INT1INT1利用GATE=1,TR1=1,只有 引腳輸入高電平時，T1才允許計數，利用此，將外部輸入脈沖經 引腳上輸入，等待高電平的到來，當檢測到高電平時開定時器開始計數，然后檢測低電平，當檢測到低電平時已經測得脈沖的脈寬，但我們測得是頻率，故在程序中藥繼續檢測等待下一個高電平的到來，此時關定時器停止計數，用此計數值乘以機器的周期數(晶振頻率已知)，得出觸發電路產生的周期，然后再經過數據處理便得到輸入信號的頻率。程序流程圖如圖4-4所示。開始程序初始化數據處理開定時器TR=1fw是否為1fw是否為1

39、fw是否為0結束NNNYYY圖4-4 頻率計算程序流程圖6 結論與展望通過對電阻、電容、電感測試儀的課程設計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我們解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計規范以及電腦制圖等其他專業能力水平。本設計的硬件電路圖簡單,可降低生產成本。采用單片機可提高系統的可靠性和穩定性,縮小系統的體積,調試和維護方便，而且以MCS-51單片機最小系統為核心的設計能夠滿足了整個系統的工作需求，555振蕩器實現了被測電阻和被測電容參數的頻率化，電容三點式振蕩電路實現了被測電感參數的頻率化，被測頻率通過CD4052模擬開關送入單片機計數，再經過顯示電路顯示被測參數的測量值，軟

40、件用C語言編程，根據具體情況控制啟動被測參數的相應程序,能靈活控制被測參數的檔位切換。經過測試，系統各個模塊都能正常共組，成功地達到了設計的硬件要求。系統的軟件部分是系統實現各種工作狀態的關鍵。通過結合硬件電路，在Keil51的平臺上，使用C語言與匯編語言混合編程編寫了系統應用程序，使程序能夠正常運行，實現了設計的要求。總之，整個系統的工作正常，完成了設計任務的全部要求。雖然本系統完成了設計設計要求，但其中仍然存在著很多需要改進的地方。作品實測中，測量電容值有一定的誤差，而且C值越大時誤差越大，該誤差則是來源于振蕩電路產生的頻率和單片機程序上的誤差。希望在之后的設計之中能夠得到進一步解決。在人

41、機交換方面，顯示部分可以改用顯示效果更好的液晶屏顯示，使系統工作狀態和數據顯示更加清晰、更加人性化。附 錄附錄一系統原理圖附圖附錄二源程序源程序：#include #include #include #include unsigned char inte=0; /頻率值溢出定時器值unsigned long int uu=0; /頻率相對應的計數值unsigned long int ff=0; /實際頻率值typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint; uchar key1; int m=0,w=0,q=0,b=0,s=0,g=0;

42、#define LEDSEGXBYTE0xbfff#define LEDDATXBYTE0xdfff/* 按鍵 */sbit sl=P10;sbit sc=P11;sbit sr=P12;sbit fw=P35;sbit srg=P15;sbit srd=P16; void delay_5ms()uchar i,j;for(j=0;j5;j+)for(i=0;i125;i+);void delay_50us() uchar i;for (i=0; i6; i+);void display(uchar num,uchar seg)switch(num)case 1:num=0x06;break;

43、case 2:num=0x5b;break;case 3:num=0x4f;break;case 4:num=0x66;break;case 5:num=0x6d;break;case 6:num=0x7d;break;case 7:num=0x07;break;case 8:num=0x7f;break;case 9:num=0x6f;break;case 0:num=0x3f;break;default :num=0x00;break;switch(seg)case 1:seg=0x01;break;case 2:seg=0x02;break;case 3:seg=0x04;break;case 4:seg=0x08;break;case 5:seg=0x10;break;case 6:seg=0x20;break;default :seg=0x00;break;LEDSEG=seg;delay_50us();LEDDAT=num;delay_50us();void timer1(void) interrupt 3TL1=0x00;TH1=0x00;void cafrequent(void)reentrant long int l1=0x00; lo