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1、测控仪器设计课程设计绪论电子产品中,电阻(Ｒ)、电容(Ｃ)和电感(Ｌ)是最基本的元器件,也是使用最多的元器件。在充满激烈竞争的电子行业中,要求电子产品必须具有越来越高的性能、质量及性价比,从而对所使用的元器件提出了更高、更严格的要求。元器件在不同的信号频率、不同的信号电平下,其性能和技术指标会发生变化。尤其在高频段,元器件参数以及元器件所表现出的特性变化更大。此外,元器件虽然能满足出厂时的技术指标,但装入实际电路中会表现出不同的特性。因此,了解元器件在实际工作条件下的性能特性,有助于设计出高质量的电路,提高产品的性能和可靠性。总之,RLC测试仪在产品设计、研
2、发、生产和维护的过程中必不可少。-12-测控仪器设计课程设计1方案选择RLC参数的测量方法主要有电桥法、谐振法和伏安法。1.1电桥法电桥法是能同时测量电器元件R、L、C最典型的方法，如图1.1所示。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。电桥平衡的条件为GZ1Z2ZxZn图1.1RLC测量电桥通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。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。1.2谐振法
3、谐振法可以用来测量L、C值，如图1.2所示。它可以在工作频率上进行测量，使测量的条件更接近使用情况。但是，这种测量方法要求的频率连续可调，直至谐振。因此它对震荡器要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判断很难实现智能化。图1.2谐振法测量L、C原理图1.3伏安法伏安法是测量电阻的最基本方法，如图1.3所示。分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和电压，根据公式R=U/I-12-测控仪器设计课程设计求得电阻。这种测量方法要同时测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆挡是把被测电阻与标准电阻及电池串联，用电流表测出电流，由于被测电阻与电流一一对应，由
4、此就可读出被测电阻阻值，如图1.4所示。这种测量的方法的精度变化大，若要较高的精度，必须较多的量程，电路复杂。AVRx图1.3伏安法测量电阻原理图图1.4万用表测量阻原理图以上各种方法都难以实现智能化，因此没有被本仪表采用。很多仪表都是把较难测量的物理量转变精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路，我们把电子元件的集中参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出R、C、L的值，并显示，转换的原理分别是RC震荡和LC三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量近似地转化为数字量，另一方面也避免了由指针读数引起的误差。1.4系统原理框图系统原理框图如图
5、1.5所示。单片机模拟开关Addr频率功能选择按键LCD显示器RC振荡器RC振荡器电容三点式振荡器被测电阻被测电容被测电感图1.5系统原理框图-12-测控仪器设计课程设计2单元电路设计2.1测电阻的RC振荡电路图2.1是一由555电路构成的多谐振荡电路。它的振荡周期为即(2.1)式中,为了避免直接采用式(2.1)来计算时由于某种原因引起的非线性误差,本仪表引入了直线插值算法,做法如下：用本仪表去测量标准电阻、……，记下测得相应的周期、……Tn，得到基准点（，）、（，）……（，Tn），则有(i=0,1,……n)测量未知电阻Rx时，测得的周期为T，若,则联立以上
6、三式，得(2.2)用式（2.2）计算时，结果与电路中的元件参数无关，这样可以避免电路元件带来的误差。通过选用高精度的基准电阻和增加基准点的个数，便可使测量结果的误差在允许的范围内。2.2测量电容的RC振荡电路如图2.2所示，测量的RC振荡电路与测的振荡电路完全一样。取，则式中-12-测控仪器设计课程设计与测量电阻的过程相似，通过标准电容的测量可以得到基准点，……，当测量未知电容得到相应的脉冲周期为T时，有图2.1测电阻Rx的RC振荡电路图2.2测量电容Cx的RC振荡电路2.3测量电感的电容三点式振荡电路如图2.3所示，在电容三点振荡电路中，C1、C2分别采用
7、1000pF和2200pF的独石电容，其电容值远大于晶体管极间电容，可以把极间电容忽略。这样根据振荡频率公式:(2.3)其中对于10uH的电感-12-测控仪器设计课程设计由于单片采用12MHz晶振晶,最快只能计几百kHz的频率,因此在测电感这一档时,应分频后再送单片机计数。由式(2.3)得其中通过对一些标准电感的测量,可得到一些基准点,……，当测量未知电容得到相应的脉冲周期的平方为时，由直线插值法可得(2.4)图2.3测量电感Lx的电容三点式振荡电路-12-测控仪器设计课程设计3软件设计图3.1主程序流程图不管是电阻、电容还是电感，都是转为频率后再测量的，因
8、此频率或周期的测量是本软件的核心，其精度会直接影响到
