定时器应用研究-测电容电阻电感的资料.doc

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1、\简易电阻、电感和电容的测试仪摘要：本系统以MSP430单片机作为控制核心，由555构成多谐振荡电路实现对电阻和电容的测量，采用电容三点式振荡电路实现对电感的测量。控制继电器实现电阻、电容测量的档位自动切换，使测量精度满足指标要求；为使单片机精确测量待测频率，在电感测量模块中先进行整形和分频，然后测量，以提高测量精度。该系统设计简单，成本低，操作简单，在测量范围内误差很小，经电路仿真分析可达到题目要求的指标。关键词：555多谐振荡电路，电容三点式振荡，MSP430单片机，继电器一、系统方案论证1.1电阻测量模块方案论证方案一：伏安法。如

2、图1-1所示，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和电阻两端的电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种测量方法虽然电路简单，但要同时测出两个模拟量，不易实现自动化，而电压表与电流表都存在内阻，测量误差大，精度不高。ARxV图1-1伏安法测量原理方案二:电阻分压法。如图1-2所示,将待测电阻Rx和基准电阻R串联在电路中,由于电阻分压的作用，当串联到电路上的电阻Rx的值不同时其Rx上分的压降也不同。通过测量上Vx便可由公式求得。RxRGNDVccVx图1-2电阻分压电路该方案原理简单，理论上只要参考电阻精确，就可以测量任何阻值的电阻，但实际上

3、由于AD的分辨率有限，当待测电阻很大或是很小时就很难测出Rx上的压降Vx，从而使测量范围缩小，要提高测量范围和精度就需要对电阻分档测试和提高AD的分辨率。这无疑会增加系统的复杂性和成本,所以也不可行。方案三：RC和555定时器组成的多谐振荡电路。很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路，我们把电阻阻值转换成频率信号，\通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围，同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电

4、平变换，即可直接供数字电路处理，这种处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误差。综合比较，基于对精度要求较高，并从测量时操作的简便程度考虑，本设计采用方案三，用RC和555定时器组成的多谐振荡电路来实现要求。1.2电容测量模块方案论证方案一：利用RC充电原理，根据电路原理电容充电的时间常数τ=RC。通过选择适当的参考电容，通过测量充电到一个固定电压时所需的时间即可以测量出相应的电容大小。此方案下测量大电容较准，但在电容容量较小时，电容在极短的时间内就能充满，即充电时间较短，所以很难测准。方案二：电桥法是另一种经典

5、的方法，如图1-3所示，可利用交流电桥来测量电容。Z1Z2GNDGVCCZnZx图1-3直流电桥平衡电路电桥的平衡条件为：通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数是零。根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还要通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥平衡的判别亦难以用简单的电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。方案三：同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，能测出较宽的电容范围，完全满足题目的要求

6、。同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电平变换。即可直接输入单片机处理。综合比较，基于对精度要求较高，并从测量时操作的简便程度考虑，本设计采用方案三，用RC和555定时器组成的多谐振荡电路来实现要求。1.3电感测量模块方案论证方案一:采用电桥法测量电感。将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥，通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡，电感的大小由电阻和电桥的本征频率求得，该方案测量精准，同时可以测量电容和电阻的大小，但其电路复杂，实现起来较为困难。\方案二：用555定时器和被测电感利用电感储能以及充放原理构成多谐振荡器，通过

7、测频率值确定被测电感的值。该方案电路结构简单，输出波形为TTL电平的方波信号，简单分频后可获得较为理想的测试频率范围，方便单片机精确测量。方案三:采用LC配合三极管组成三点式振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本最低，但其输出波形为正弦波，需要将其波形整形后才能交给处理器处理，成本稍微高了。综合比较，基于方案二的设计误差太大，最终采用了方案三。1.4频率测量方案论证方案一：直接测频法。该测量方法是把被测频率信号经过脉冲形成电路，计数器计数被测信号的脉冲周数，从而通过计算频率的公式得到被测信号的频率。此方案对低频信

8、号的测量精度不是很高，对于高频信号的测量也不是很准确，只在一定范围的频率内才能测得比较准确的数值。因此只适用于一定范围内的频率测量。方案二：测周期法。该测量方法是通过测量被测信号的周期来计算频