电阻电感电容测量仪高精度.doc

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1、电赛设计报告题目：电阻、电容、电感测量仪指导教师：陈军波年级：2010学院：生物医学工程专业：生物医学工程学生姓名：2012年4月9日12简易电阻、电容和电感测试仪一、任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪。二、要求1．基本要求（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。（2）测量精度：±5%（三年级），±10（二年级）。（3）具有四位数字显示功能。2．发挥部分（1）扩大电阻、电容或电感的其中任何一种的测量范围：测量上限或者下限扩展10倍（二年级）。扩大电阻、电容或电感的每一

2、种的测量范围：测量上限或者下限扩展10倍（三年级）。（2）提高测量精度，电阻、电容或者电感其中一种的测量精度提高到1%（三年级），5%（二年级）。（3）测量量程自动转换。三、评分意见项目满分基本要求设计报告：方案比较、设计与论证、理论分析与计算、电路图及有关设计文件、测试方法与仪器、测试数据及测试结果分析。20完成第（1）项20完成第（2）项20完成第（3）项10合计5012发挥部分完成第（1）项20完成第（2）项20完成第（3）项10合计5012一、系统方案论证1平衡电桥法测量原理桥电路由未知阻抗，已知标准电阻和具有总电阻的电阻性电位计组成

3、，电桥各元素分别是、、、。其中代表电位计变换的位置。电桥由正弦交流电源供电，频率为为桥路输出电压。当改变电位计的位置时，就可得到半平衡电桥。真正的半平衡状态是与一个特定的桥路电压相差900。可用相敏检测仪检测出来。这种方案的优点是测量的精度很高，同时可以测量电容和电阻的大小，但其电路电路复杂,调节起来麻烦，实现起来较为困难。2.伏安法：最经典的方法，它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可得到被测阻抗的相量。显然，要实现这种方法，仪器必须能进行相量测量及除法运算.，而且需要精确的信号

4、发生电路，整个电路的复杂程度就大大的提高了，软件的设计和芯片的获得也是问题，所以放弃了此方案。2．谐振法谐振法：利用RC和LC震荡的原理，把L和C的数值转换成单片机容易测量的数字频率信号，再利用频率和R和C或L和C的关系，利用单片机算出C和L的数值。此方法软件容易设计，芯片容易得到，测量结果容易调试，所以采用此方法。1.4频率测量方案一：直接测频法。在确定的闸门时间内，利用计数器记录待测信号通过的周期数，从而计算出待测信号的频率。此方案对低频信号的测量精度很低，较适合于高频信号的测量。方案二：测周法。以待测信号为门限，记录在此门限内的高频标准

5、时钟的数量，从而计算出待测信号的频率。但被测信号频率过高时，由于测量时间不足存在测量精度不够的问题。此方案适合于低频信号的测量。12方案三：等精度测量法。其精确门限由被测信号和预控门共同控制。测量精度与被测信号的频率无关，只与基准信号的频率和稳定度有关，因此可以保证在整个测量频段内测量精度不变。但此方案的实现需要FPGA等专门的芯片配合单片机才能实现精确的测量，系统较为复杂，成本较高。综上所述，本设计采用直接测频法。1.5显示部分设计方案方案一：采用八位共阴极LED数码管进行显示，利用单片机串行口的移位寄存器工作方式，外接MAX7219串行输

6、入共阴极显示驱动器，每片可驱动8个LED数码管。方案二：采用点阵字符型LCD液晶显示，可以显示数字与阿拉伯字母等字符，随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。比较这两种方案，数码管显示驱动简单，但显示信息量少，功耗大；利用液晶显示可以工作在低电压、低功耗下，显示界面友好、内容丰富，综合考虑，选用LCD来实现显示功能。二、电路设计与计算2.1.2电阻的计算方法及简单原理图图2.1图2.1所示电路为电阻测量简易原理图由原理图可以看出，被测电阻和已知电阻是串联关系，当发生改变时，两端电压就会发生变化。把12经过OP07

7、运算放大器跟随后直接输入到压频变换芯片ADVFC32的电压控制端，然后ADVFC32频率输出端会产生频率与输入电压呈线性关系的方波脉冲，可以通过频率计数器和单片机得到。相关计算如下：(1)其中是已知电压，。(2)其中10是ADVFC32电压控制端的电压满刻度值，38000是满电压值对应的输出频率满刻度值。由（1）式和（2）式可知，只要知道，便可以求出被测电阻的值。2.2电容测量电路2.2.1电容测量电路原理简介电容测量范围要求不是很大，由基本的TLV555定时器和R1、R2、C1组成多谐振荡电路。电路振荡产生的频率由R1、R2、C1确定。其公

8、式如下：电容C1的充电所需的时间，即脉冲维持时间：放电所用时间，即脉冲低电平时间：所以脉冲周期时间为：输出脉冲频率为：RX=1/[2(ln2)C1F]-1/2R1所