简易电阻电容和电感测试仪的设计

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1、“电子系统设计”课程设计报告设计课题：简易电阻电容和电感测试仪的设计专业班级：姓名：学号：设计时间：评阅意见：评阅意见物理与机电工程学院8简易电阻电容和电感测试仪的设计一、设计任务与要求1.能够自动辨识出被测元件是电阻、电容还是电感，并实时显示元件的阻值、容值和感值的大小。2.能够实现电阻、电容和电感测量的自动切换,并实现量程的自动切换。3.电阻、电容和电感的测量误差均小于0.5%。基于以上分析，采用模块设计的方案实现系统的各项功能，系统主要由主控制器部分、数据测量部分、A/D采样部分、语音播报和显示部分，具体的实现方案如系统主框图1所示：图1系统主框图二、系统设计方案

2、1.主控制器的选择在主控制器的选择上我们有以下两种方案：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心和基于单片机技术的控制方案。上述两种控制方式除在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，实现效果及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA将器件功能在一块芯片上，其外围电路较少，集成度高。而单片机技术成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中实时显示，单片机的资源已经能满足设计的需求，而FPGA的高速处理的优势在这里却得不到充分体现，因此本设计的控制方案模块选用基于单片机控制方案。我们选择技术成熟，性价比高的AT89S52单片机作为主控

3、制器，同时采用凌阳其内部系统时钟频率为11.0592MHz，执行一个单周期指令所需时间为仅83nS，满足本系统的软件编写需求。2.数据测量方案的选择目前常用的智能RLC测试方法主要是阻抗-相角法和V-I复数法。V-I复数测量法，其基本思想是：根据电阻、电容、电感的复数表示形式，设法测出在固定幅值和相位值的电压下，流经被测电抗元件的电流幅度值和相位值，然后由CPU计算出元件的各项指标，如串联等效、并联等效等。阻抗-相角法即用被测元件与已知两个固定阻抗相串联，两次测量Vi与Vo的之间的相位差，由仪器实测正弦波的频率，然后由CPU计算出阻抗值，其硬件电路简单且易于调试。基于以

4、上分析可得：V-I复数测量法虽然测量的基准度高，但同时对单片机计算能力的要求更高，不易实现，所以在本系统的设计中采用易实现的阻抗-相角法。83.A/D采样和语音播报结合赛题，实现对所测元件的电压值进行A/D采样并实时进行语音播报，而A/D采样常用的是使用ADC转换芯片对数据进行采集，这种A/D转换器根据逐位逼近的方法产生数据的,在测量上存在一定的误差，所以为提高本系统的数据测试精准度，采用凌阳SPCE061A单片机作为从控芯片，该单片机内置8路10位ADC，计算能力强，避免了外界A/D转换芯片存在的误差，提高数据采集的精确度，同时该开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编

5、程即可用于语音的采集和播报，集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播报比较简单，解决由语音芯片播放语音不清楚的问题。4.显示设备的选择本模块的主要功能是能实时显示描述系统状态的各种信息状态。LCD不仅显示信息量大，画面效果好，节省I/O口，所以系统设计的显示部分选择液晶屏128×64LCD显示。5.系统设计与实现经过仔细分析与论证，选用系统各模块的最终方案如下：（1）控制器模块：采用单片机AT89S52控制，且5V供电，符合工作条件。（2）数据测量模块：采用阻抗-相角法实现。（3）A/D采样模块：采用凌阳单片机内部AD（5）语音播报模块：采用凌阳单片机集成语音播

6、报（4）显示模块：采用LCD12864液晶屏显示。三、单元电路分析与设计1.数据测量电路采用阻抗-相角法把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值。（1）测量电阻：电阻的测量采用"脉冲计数法"，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。该电路可以测出量程在100Ω～2MΩ的电阻。该电路的振荡周期为：其中为输出高电平的时间，为输出低电平的时间。图2测电阻多谐振荡电路图28为了使振荡频率保持在10~100KHz这一段单片机计数的高精度范围内，需选择合适的C和R的值。取，得到，我们将电

7、路分为两档：第1档：100Ω≤Rx≤1000Ω：I/O2为高电平输出，I/O4为低电平输出，R1=20KΩ,C2=2200pf.此时,相应的电阻范围在2.8K-16K第2档：1000Ω≤Rx≤1MΩ:I/O1高电平输出，I/O3为低电平输出，R2=330Ω,C2=0.01uf.此时（2）测量电容：电容的测量同样采用"脉冲计数法"，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。图3测电容多谐振电路555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：测量电容的振荡电路与测量电阻的振荡电路完全一样。取R11=R12