简易LCR测量仪

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1、2015大连理工大学电子设计竞赛暨全国电子设计竞赛选拔赛简易LCR测量仪（D题）2015年6月5日摘要本设计中把R、L、C转换成频率信号f，转换的原理分别是RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路，单片机根据所选通道，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过测频法则可以计算出被测频率，再通过该频率计算出各个参数。然后根据所测频率判断是否切换单位，或者是把数据处理后，把R、L、C的值送液晶屏，并显示相应的参数值。目录1系统方案11.1测量方案的论证与选择11.2LCR切换模块的论证与选择11.3控制系统的论证

2、与选择22系统理论分析与计算42.1LCR值转频率的电路分析12.1.1RC值转频率的电路12.1.2L值转频率的电路12.2LCR值转频率的计算12.2.1电阻转频率的计算公式12.2.2电容转频率的计算公式12.2.3电感转频率的计算公式13电路与程序设计23.1电路的设计23.1.1系统总体框图23.1.2R值转频率电路原理图23.1.3C值转频率电路原理图23.1.4L值转频率电路原理图23.1.5电源23.2程序的设计23.2.1程序功能描述与设计思路23.2.2程序流程图34测试方案与测试

3、结果34.1测试方案34.2测试条件与仪器34.3测试结果及分析34.3.1测试结果(数据)34.3.2测试分析与结论4附录1：电路原理图5附录2：源程序6简易LCR测量仪（D题）【三只牛犊组】1系统方案本系统主要由电子元件集中参数R、L、C转频率模块、主控模块、R,L,C切换模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1.1测量方案的论证与选择方案一：电桥法电阻R可用直流电桥测量，电感L、电容C可用交流电桥测量。电桥的平衡条件为通过调节阻抗、使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以及一些已

4、知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。方案二：伏安法伏安法有固定轴法和自由轴法两种，区别在于相敏检波器的相位参考基准选取的不同。实际上，相敏检波的相位参考基准代表坐标轴的方向，相敏检波器的输出就是待测电压在坐标轴方向上的投影。但此方案需要信号源，由于信号源的制作较为繁琐，不够简洁。方案三：谐振法利用555的多谐震荡电路及电容三点式震荡电路将电子元件的集中参数R、L、C转换成

5、频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值，并送显示，转换的原理分别是RC振荡和LC三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量进拟地转化为数字量，频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化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。综合以上三种方案，我们组最后决定使用方案三。1.2R,L,C切换模块的论证与选择方案一：4路模拟开关CD4066CD4066芯片（全称：四路模拟开关集成电路）内部含有A、B、C、D四路模拟开关，A路模拟开关由引脚13控制、B路模拟开关由引

6、脚5控制、C路模拟开关由引脚6控制、D路模拟开关由引脚12控制。所有的控制引脚由软件编程控制，当控制线由软件置“1”时，该模拟开关闭合，当控制线由软件置“0”时，该模拟开关断开，且四路模拟开关可独立使用。但由于其断开时不能完全断开而只是阻抗很大，因此在进行RLC切换时会出现信号干扰问题。21下图为CD4066的内部结构图：方案二：电磁继电器电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流

7、、较高的电压的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。其开关的闭合与打开符合条件，不会出现信号干扰问题。综合以上两种方案，我们组最后决定使用方案二。1.3控制系统的论证与选择方案一：STM32STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M内核但其编程较为复杂，价格也不占优势。方案二：STC89C52·8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM)(52为8K)·128bytes的数据存储器(RAM)（52有256bytes的RA

8、M）·32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令21·21个专用寄存器·2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级（52有6个）·一个全双工串行通信口·外部数据存储器寻址空间为64kB·外部程序存储器寻址空间为64kB·逻辑操作位寻址功能·双列直插40PinDIP封装·单一+5V电源供电CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：