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1、山东轻工职业学院山东轻工职业学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）选选 题题 系系 别别 信息工 班级班级 13 电子信息 学生姓名学生姓名 学号学号 2011433044 指导教师指导教师 完成日期完成日期 2015 年年 10 月月 25 日日I内容提要内容提要我所在的实习公司淄博莱宝电力电容器有限公司，是以高低 压电力电容器、自愈式交流滤波电容器、CBB 系列电容器和特种电 容器以及电力无功补偿装置和滤波装置研发生产、经营为一体的专 业化企业。所属行业为电子信息产业，属于高新技术领域。 我在本公司的岗位主要负责智能低压无功补偿综合模块和 LB- L3MZ(W)系列智能谐波抑制无功补偿综合模
2、块内电路板的焊接和调 试。本设计采用 MAX038 单片压控函数发生器产生高精度的正弦 波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串连电路,利用电压 比例计算的方法推算出电容值或者电感值。指导教师批语指导教师批语：成绩：签字：年 月 日摘摘 要要II本设计是一种基于单片机(89C51)的高精度电阻电感电容测量仪 器的设计.本设计采用 MAX038 单片压控函数发生器产生高精度的正弦 波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串连电路,利用电压比 例计算的方法推算出电容值或者电感值,利用 51 单片机控制测量和计 算结果,采用 1602 液晶模块实时显示数值,可以手动调节量程,正弦信 号发生器可以实
3、现幅值和频率的调整,为了提高精度,我们把被测的交 流电压先通过 ICL7650，然后再通过 AD637，AD637 输入电阻较低， 因此实现降低误差.实验测试结果表明,本设计性能稳定,测量精度高.关键词：电压比例法 89C51 AD637 1602 液晶III目目 录录引言引言 .11 1电压比例法测量原理电压比例法测量原理 .22.1 系统总体方案设计与结构框图 .4 2.2 方案设计与论证 .43 3 硬件电路硬件电路 .73.1 稳压电源模块 .7 3.2 正弦信号发生器 .8 3.3 采样电路 .9 3.4 液晶显示模块 .104 4 系统软件设计系统软件设计 .114.1 控制测量程
4、序模块 .11 4.2 按键处理程序模块.12 4.3 电阻电感电容计算程序 .12 4.4 液晶显示程序模块 .125 5 系统测试与结果分析系统测试与结果分析 .135.1 对正弦信号源的测试 .13 5.2 对电阻电容电感的测量 .14 5.3 误差分析 .156 6 总结总结 .16致致 谢谢 .17参参 考考 文文 献献 .180引言引言现代电子产品正以前所未有的速度,向着多功能化、体积最小化、 功耗最低化的方向发展,机电产品广泛应用于家电、通信、一般工业 乃至航空航天和军事领域.无论是日常生活还是高端科技领域,电子技 术的应用均日益深入.掌握必备的电子技术基础设计制作基础知识和 基
5、本技能,能够满足我国目前产业结构对广大技术工人、工程技术人 员基本素质的要求,而且能为从事高端电子系统开发培养能力和素质, 适应信息时代的需要. 目前市面上测量电子元器件参数 R、C 和 L 的仪表种类较多,方法 和优缺点也各有不同.一般的测量方法都存在计算复杂,不易实现自动 测量而且很难实现智能化等缺点. 电阻电容电感测量方法较多(谐振法,电桥法,电压比例法等)但因 为对于测量仪器来说精度越高越好,所以本设计选择精度比较高的电 压比较法做电阻电感电容测试仪,它的原理是将一定频率的交流信号 经过串联分压电路转化为电压信号,然后经过电路处理变成频率信号 经过单片机进行比例运算,最后将计算出的测量
6、值输送给显示模块并 显示各参量对应的量纲.11 1电压比例法测量原理电压比例法测量原理电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻相比较的方法.其 主要原理:是在待测电阻 Rx 与标准电阻1R的串联电路中加一直流电压 V,AD 采样得到 Rx 上电压,则测量电阻为:XV(1)Xx xRVVRV 设计中我们采用了与测量电阻一样的方法电压比例法1-2 来测量电感和电容;因为电感与电容是电抗元件,所以应采用交流信号 来产生测量信号;在角频率为w的交流信号的作用下电容电感获得的 容抗和感抗:cj1XCw(2) wLjXL(3) C、L 为待测电容和电感.这样一来,标准元件的选择就有许多种 方法.但为了
7、提高测量精度和降低成本,该测量仪采用了标准电阻,且 与电阻测量共用一套标准电阻.所以有电感:）（.UjwLLXLXURU(4)jwC1jwC1UU.CX R(5) 电容:2jwR1 C. CXUU(6) 测量 Q 值时,加入交流信号测量出电感 Q 值LjwRZ1S1(7)LjwRZ2S2(8) 两个方程联立,求得电感2-12212WW-L22zz(9)2-122121sWW-jwR22zz Z(10)SRLQjw(11) 为电感在电路中角频率为的等效阻抗,为电感在电路中角1Z1w2Z频率为的等效阻抗,L 为电感量,为电感的等效电阻.2wSR为保证测量精度,必须保证电阻的精度和w的高稳定值.为此
8、,我们 在该设计中采用 MAX038 单片压控函数发生器3-4产生高精度的正弦波 信号,同时输出缓冲器采用了运算放大器,为保证波形精度采用了闭环 深度负反馈方式,无失真的放大正弦信号.32.2.系统方案系统方案2.12.1 系统总体方案设计与结构框图系统总体方案设计与结构框图本电路由电源模块、正弦信号发生器、标准电阻和电感或电容串 联分压电路、多路开关、电压跟随器、高精度交流/有效值转换、A/D 转换、单片机、液晶显示、键盘等模块组成.系统主要模块流程图如 图 1 所示:图 1 系统流程图 2.22.2 方案设计与论证方案设计与论证2.2.12.2.1 电阻电感电容测试采样模块电阻电感电容测试
9、采样模块电阻电感电容测试采样模块的设计方案有很多,例如利用纯模拟 电路来实现、电阻可用比例运算器法、电容可用恒流法和比较法、电 感可用时间常数法和同步分离法等. 方案一 利用纯模拟电路 虽然避免了编程的麻烦,但是电路复杂,所用的元器件较多,制作 较麻烦并且测量精度低,调试困难,现已很少使用. 方案二 可编程序控制器(PLC） 应用广泛,它能够非常方便的集成到工业控制系统中.可编程控制 器速度快,体积小,可靠性和精度都比较好,在此系统中可以使用 PLC 对硬件进行控制,但是 PLC 的价格相当昂贵,因而成本过高,应用于要 求比较高的场合.4方案三 利用震荡电路与单片机结合 利用 555 多谐振荡
10、电路将电阻、电容转化为频率,而电感则是根 据电容三点式电路也转化为频率,这样就把模拟量近似转化为数字量 了,而频率是单片机很容易处理的数字量,该方案测量精度较高,易于 实现仪表的自动化,而且单片机构成的系统可靠性高,硬件的描述完全 可用软件来实现,成本低.但由于必须采用大量地倍频、分频、混频和 滤波环节,导致结构复杂、体积大、成本高并且难以达到较高的频谱 纯度而使测量误差加大,外围电路非常复杂.且不符合需要一个独立信 号发生器的要求. 方案四 电压比例法 采用与标准电阻相比较的的方法,其原理是在待测原件与标准原 件的串联电路中加以电流 I，这样被测元件与标准元件上得到的电压 分别为 Vx 与
11、Vi;通过计算得出被测值,此方法精度高,需要一个具有 输出频率稳定的信号源来提供激励.本设计采用此方案. 2.2.22.2.2 正弦信号发生器模块正弦信号发生器模块正弦信号源发生器模块是决定系统误差的重要部分,要求有稳定 的频率,另外为了测试系统的可靠性还要求正弦信号发生器的频率和 电压具有可调性,本系统要求频率范围 1HZ1MHZ,电压大于 5V. 方案一 555 信号发生器 采用 555 信号发生器制作的发生器,其外围电路较复杂. 这种方法能实现快速频率变换,具有低噪声以及所有方法中最高 的工作频率.但由于必须采用大量地倍频、分频、混频和滤波环节,导 致结构复杂、体积大、成本高并且难以达到
12、较高的频谱纯度而使测量 误差加大. 方案二 单片机信号发生器5 使用单片机编程实现正弦波的产生简单易行.可以在外围电路不 变的情况下通过程序来改变输出电压的幅值和频率.由于输出的是数 字信号,可以做得很高,产生的信号精度及其性价比比较高,集成度也 高并且需求电压低,功耗低. 方案三 DDS 信号发生器6 利用直接合成 DDS 芯片的函数发生器,能产生任意波形并能达到 很高的频率并且频率的稳定性比较好.但成本较高,主要用于测量电路5和系统的频率特性、非线性失真、增益与灵敏度等.按不同的性能与 用途分为低频信号发生器、高频信号发生器、频率合成式信号发生器 等. 方案四 MAX038 信号发生器 MAX038 是 MAXIM 公司生产的一个只需要很少外部元件的精密高 频波形产生
