简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计

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1、简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用128

2、64液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。关键词：LRC数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量一、设计内容及功能1.1设计内容设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示：1.2具体要求1.测量范围（1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。（2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。2.测量精度（1）基本测量精度：电阻±5%；电容±1

3、0%；电感±5%。（2）发挥测量精度：电阻±2%；电容±8%；电感±8%。3.利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。4.自制电源5.使用按键来设置测量的种类和单位1.3系统功能1.基本完成以上具体要求2.使用三个按键分别控制R、C、L的测试3.采用液晶显示器显示测量结果二、系统方案设计与选择电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：方案一.基于模拟电路的测量仪利用模拟电路，电阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容

4、可用恒流法和比较法，电感可用时间常数发和同步分离法等，虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。方案二.可编程逻辑控制器(PLC)此方案采用PLC对硬件进行控制，应用较为广泛。它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。方案三.采用CPLD或FPGA实现此方案则采用广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可

5、编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言设计规模大，系统结构复杂。方案四.利用LRC数字电桥与单片机结合利用LRC数字电桥将电阻、电容和电感参数转化为电压模拟信号，此模拟量由高精度AD转换芯片转换为数字量。这样由单片机处理数字量，能够满足测量精度高、易于实现自动化测量等设计需要，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性、系统扩展、系统配置灵活，容易构成各种规模的系统。通过对上述方案的比较，利用LRC数字电桥与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更为简便可行，节约成本。所以，本文选定以单片机为核心来实现对电阻、电容和电感测量的设计。三、系统设计3.1系统总体设计

6、本系统包括硬件设计和软件设计两部分内容。硬件设计主要分为七部分：第一部分采用AMS1117芯片制作的电源，输出稳定的3.3V电压。第二部分为ICL8038芯片产生正弦波。第三部分用RC和RL电路实现LRC数字电桥的功能。第四部分是对正弦波进行精密滤波的功能。第五部分利用MSP430F149单片机自带的AD实现模拟信号转换为数字信号的功能。第六部分为MSP430F149单片机接收转换后的数字信号并做相应的处理，根据按键状态控制测量的类型和单位。第七部分为测量结果显示部分，采用的是128*64液晶显示器。系统硬件总体框图如下：100Hz/1KHz/10KHz正弦信号档

7、位选择精密分压电阻测量对象电阻、电容、电感精密滤波电路稳压电源稳压电源3.3V键盘控制模块LCD显示模块高精度AD转换高精度AD转换精密滤波电路MPS430F149低功耗单片机稳压电源图1系统硬件总体框图软件由4部分组成：(1)控制测量程序,单片机控制测量程序不仅担负着量程的识别与转换,而且还负责数据的修正和传输;因此主控制器的工作状态直接决定着整个测量系统能否正常工作,所以控制测量程序对整个测量来说至关重要;(2)按键处理程序，根据按键的状态做相应的功能设置;(3)电阻电感电容计算程序,单片机根据A/D转换得到的电压值计算出电阻、电感或者电容值;(4)液晶模块显

8、示程序。本