基于单片机的智能rlc测试仪

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1、基于单片机的智能RLC测试仪作者:陈映宇李祖良李阳能指导老师:王贵恩邝小磊摘要：本系统是基于AT89S51单片机控制的智能RLC测试仪，利用单片机对R、L、C的参数进行测量，可以充分利用单片机的运算和控制功能，方便地实现测量，使测量精度得到提高。同时用软件程序代替一些硬件测量电路，可在硬件结构不变的情况下，修改软件以增加新的功能。能够很好的完成对RLC参数的测量，以满足现代测控系统的需要。本仪表通过插值算法使测量结果精度得到了有效的提高，同时通过数字惯性滤波法避免了读数的跳动，使得读取测量结果更加方便。关键词：智能化，RL

2、C测试仪，插值算法，数字滤波0．引言随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能，价格，发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。在许多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。纵览目前国内外的RLC测试仪，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不便携带，而且价格比较昂贵。例如传统的用阻抗法、Q表、电桥平

3、衡法等测试RLC的过程中不够智能而且体积笨重，价格昂贵，需要外围环境优越，测试操作过程中需要调很多参数，对初学者来说很不方便，当今社会，对RLC的测试虽然已经很成熟了，但是价格和操作简单特别是智能方面有待发展，价格便宜和操作简单、智能化的仪表开发和应用存在巨大的发展空间，本系统正是应社会发展的要求，研制出一种价格便宜和操作简单、自动转换量程、体积更小、功能强大、便于携带的RLC测试仪，充分利用现代单片机技术，研究了基于单片机的智能RLC测试仪，人机界面友好、操作方便的智能RLC测试仪，具有十分重要的意义。本系统是用振荡电路

4、把RLC的参数转换成频率，再用单片机计算频率，然后对其值进行补偿后再显示RLC的值，所以用起来非常方便而且价格便宜、精确度高，测量误差保持在%5以内。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

5、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谐振法谐振法可以用来测量L、C值，如图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求得电阻。这种测量方法要同时测出两个模拟量，不

6、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，由此就可读出被测电阻阻值，如图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3伏安法测量电阻原理图图4万用表测量电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R

7、C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。2．系统原理框图系统原理框图如图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5系统原理框图3.单元电路设计3．1测电阻Rx的RC振荡电路图6是一由555电路构成的多谐振荡电路。它的振荡周期为即(1)式中,。为了避免直接采用式(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R0、R1……Rn

8、，记下测得相应的周期T0、T1……Tn，得到基准点（R0，T0）、（R1，T1）……（Rn，Tn），则有(i=0,1,……n)测量未知电阻Rx时，测得的周期为T，若,则联立以上三式，得（2）用式（2）计算Rx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