电阻电容电感测试仪

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1、简易电阻、电容和电感测试仪1.1　基本设计要求（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。（2）测量精度：±5%。（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值。示意框图1.2设计要求发挥部分（1）扩大测量范围；（2）提高测量精度；（3）测量量程自动转化。-18-摘要：本系统利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，而电感则是根据电容三点式振荡转化为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大

2、的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。容易构成何种规模的应用系统，且应用系统较高的软、硬件利用系数。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，而且设计时间短，成本低，可靠性高。综上所述，利用振荡电路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，本次设计选定以单片机为核心来进行。关键词：单片机，555多谐振荡电路，，电容三点式振荡一、系统方案论证1.电阻测试方案论证方案一：电阻分压法。图1.1结构图如1.1所示，将待测电阻Rx和基准电阻R串联在电路中。由于电阻分压的作用，当串联到电路上的电阻Rx的值不同时其Rx上分的压降也不同。通

3、过测量上Vx便可求得Rx。该方案原理简单，理论上只要参考电阻精确，就可以测量任何阻值的电阻，但实际上由于AD的分辨率有限，当待测电阻的很大或是很小时就很难测出Rx上的压降Vx，从而使测量范围缩小，要提高测量范围和精度就需要对电阻分档测试和提高AD的分辨率。这无疑会增加系统的复杂性和成本。方案二：电桥法。图1.2-18-结构图如1.2所示，Rx=R2*R3/R1电桥法又称零示法。它利用指零电路作为测量的指示器，工作频率很宽，能在很大程度上消除或削弱系统误差的影响，精度很高。但为保证电桥的平衡，要求信号源的电压和频率稳定，特别是波形失真要小，增大硬件电路的难度。

4、方案三：555RC多谐振荡。利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围，再交由单片机处理。综合比较，本设计采用方案三，采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。1.电容测量方案论证方案一：利用RC充电原理，根据电路原理电容充电的时间常数τ=RC。通过选择适当的参考电容，通过测量充电到一个固定电压时所需的时间即可以测量出相应的电阻阻值。此方案下测量大电容较准，但在电容容量较小时，电容在极短的时间内就能充满，

5、即充电时间较短，所以很难测准。方案二：同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，能测出较宽的电容范围，能够较好满足题目的要求。综合比较，本设计采用方案二，采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。2.电感测量方案论证方案一:采用平衡电桥法测量电感。将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥，通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡，此时，电感的大小由电阻和电桥的本征频率即可求得，该方案测量精准，同时可以测量电容和电阻的大小，但其电路电路复杂，实现起来较

6、为困难。方案二:采用LC配合三极管组成三点式震荡振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本低，其输出波形为正弦波，将其波形整形后交给单片机测出其频率，并转换为电感值。综合比较，本设计采用方案二，电路简单，性价比高。一、理论分析与计算1.电阻测量的分析及计算根据题目要求，如图2.1，采用555多谐振电路，将电阻量转化为相应的频率信号值。考虑到单片机对频率的敏感度，具体的讲就是单片机对10Hz-10KHz的频率计数精度最高。所以要选用合理的电阻和电容大小。同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，所以在选第一个量程时取R=1KΩ，C=1uF（此时

7、Rx=100欧为测量下限）；在第二个量程取R=20KΩ，C=10nF（此时Rx=1兆欧为测量上限）。-18-因为RC振荡的稳定性可达0.001，单片机测频率最多误差一个脉冲，因此由单片机测频率引起的误差在0.01以下。量程自动转换原理：单片机在第一个频率的记录中发现频率过小，即通过继电器转换量程。再测频率，求Rx值。误差分析：因为R+2Rx=1/((ln2)Cf)所以2△Rx=-△f/((ln2)Cf*f)-△C/((ln2)Cf*f)于是

8、△Rx/(R/2+Rx)

9、=

10、△f/f

11、+

12、△C/C

13、经分析知：因为

14、△f/f

15、相当小，在千分之几的数量级，远小于仪表

16、所需要的精度，所以可以忽略不计。

17、△Rx/Rx

18、的精