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1、基于基于 AT89C52 单片机单片机控制的简易控制的简易 RLC 测试仪测试仪本文所设计的系统是基于 AT89C52 单片机控制的简易 RLC 测试仪。为了充分利用单片机的运算和控制功能，方便的实现测量。把参数R、L、C 转换成频率信号 f，然后用单片机计数后再运算求出 R、L、C 的值，并送显示。 转换的原理分别是 RC 振荡电路和电容三点式振荡电路。为了比较准确的测试而频率的计数则是利用等精度数字频率计完成。然后再将结果送单片机运算，并在 LED 显示器上显示所测得的数值。通过一系列的系统调试，本测试仪到达了测试标准。经过测试， 第第 1 章：绪论章：绪论1.1 电路参数电路参数R,L,
2、C 电路参数电阻、电容和电感是电路的三种基本参数，也是描述网络和系统的重要参数，广泛应用于科学研究、教学实验、工农业生产、通信、医疗及军事等领域中。例如在强电系统中，输电线路中的传输线，电气设备中继电器、变压器、发电机等，都是用阻抗参数 R、L、C 来描述的。人们通过测试阻抗参数可以判定设备的好坏，是否存在故障隐患。在弱电系统中，电路参数元件的好坏、量值的大小直接影响所设计的线路板的正常工作和可靠性。所以对它们的测试具有重要的意义。1.2 电路参数的测量电路参数的测量方法方法电路参数的测量通常是把被测参数通过转换电路变成直流电压或频率后进行测量。1. 传统的 RLC 参数测量的方法种类很多，例
3、如：对电阻的测量常用欧姆表直接测量，也可以使用对电阻施加一个电压，利用模拟电表和电流表测量得到电阻两端的电压值和流过电阻的电流值。然后利用欧姆定理计算出电阻值；而对电感或电容的测试常采用测量阻抗角和负阻抗，然后用数学公式计算出电阻和电抗的参数。也可以采用过度过程法测出时间常数，由于电路中使用已知的固定电阻，所以可以通过计算，得出电抗参数。在要求测试准确度高的地方常采用交流电桥通过调整已知参数使得电桥达到平衡，读出电感或电容值。上述方法，简单明了，测试也有一定的准确度；但必须采用手工操作，费时费力且2测量精度带有一定的人为因素。2. 在上世纪 70 年代后，由于数字电子技术的发展，出现了数字式的
4、 RLC测试仪。这种方法通常是把被测参数通过转换电路变成直流电压或频率后进行测量。例如：(1) 电阻的测量可采用如图 1-1 所示的比例运算放大器转换电路，将电阻值变为直流电压输出，然后经过 AD 转换，测得电阻值。图 1-1 比例运算器法欧姆转换器图中 UN为基准电压源，RN为标准电阻，R2为被测电阻为了减小测量误差，可采用四探针法接线。当测量大电阻时，采用可采用积分运算器法。(2)电容测量可采用恒流法，用恒流法测量电容的原理图以及波形如图 1-2所示。恒流源 I 对电容 C 充电，经过 T 时间后充电电荷 Q=IT，此时电容两端的电压 U=Q/C，显然只要 IT 已知，测出电压 U 便可按
5、 C=IT/U 计算出的电容值。恒流源向 C 充电，同时时标脉冲 CP 经与门进入计数器。当 Uc值大于 UR时，比较器输出零电平，停止计数。测量结果与电容值成正比。图 1-2 用恒流法测量电容的原理和工作波形图即 P1C RxCPNTUCNTT3(3) 时间常数法测量电感一般电感含有线圈电阻 R 和寄生电容 C0，通常 C0很小，在工频情况下可以忽略。所以际电感可以视为一纯电感 L 和电阻 R 的串联，其时间常数 L/R，测量电感的原理图如图 1-3 所示。(a) (b) 图 1-3 时间常数法测量电感的基本原理在 t0 时合上开关，电感 i 中电流将按指数曲线上升，其最大值为 I。从图(b
6、)中可看出，在开始阶段变化曲线和 t0 时刻的切线基本重合。令 I cpQ放放大大整整形形XfP 同同步步后后的的闸闸门门计计数数器器A计计数数器器B与与与与显显示示AXNf TBCNf TA XC BNffN运运算算 电电路路时时标标fc9（2-4）cA x BffN N图 26 等精度数字频率计工作波形2.32.3 显示原理显示原理 本设计采用 LED 显示器用于数字显示。LED 显示器是由发光二极管组成 的显示字段的器件。通常的八段 LED 显示器是由八个发光二极管组成（包括小 数点） 。 LED 显示器是由发光二极管组成显示字段的器件。通常的八段 LED 显示器是由八个发 光二极管组成
7、（包括小数点） ，如图 6-1（c）所示。图 6-1 7 段 LED 显示器外形、管脚及原理图 LED 显示器分共阳极和共阴极两种。若共阳极 LED 显示器的公共端 （3、8 通常称为位线）为高电平时，而 a 端（7 脚称为段线）又为低电平时， a 段发光二极管发光，同理，若共阴极 LED 显示器公共端（3、8）接低电平时， a 端（7 脚）又为高电平时，a 段二极管发光。 当 LED 显示器每段的平均电流为 5mA 时，就有比较满意的亮度，一般选 择 5mA10mA 电流。 LED 显示器的显示方式有静态和动态两种。在静态显示中，各个字段连续10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 f e
8、b c a g d dp (c) 管脚配置 XfCf预预置置闸闸门门输输入入方方波波同同步步后后闸闸门门计计数数器器A计计数数器器B10通过电流，而动态显示的字段是断续通过电流的。在动态显示中，逐次把所需 显示的字符显示出来。在每点亮一个数码显示器之后，必须持续通电一段时间， 使之发光稳定，然后再点亮另一个显示器，如此巡回扫描所有的显示器。虽然 在同一时刻只有一个显示器通电，但人的视觉以为每个显示器都在稳定的显示。 当电源电压为 5V 时，选择的限流电阻的范围为 200510。第第 3 章：硬件电路设计章：硬件电路设计3.1 等精度数字频率计的系统框图的设计等精度数字频率计的系统框图的设计等精
9、度数字频率计的系统框图如图 3-1 所示，被测信号和标准频率信号xf进入调理整形电路后进行放大和整形，经过放大和整形之后的信号和进cfxfcf入等精度测频逻辑电路，经过逻辑电路后进入接口电路，最后送入单片机控制系统进行一系列的运算，和标准频率进行比较后送入显示电路进行显示。 调理整形电路被测信号fx标准频率fc等精度测频逻辑电 路接口电路AT89C52单片机控 制系统显示电路键盘图 3-1 频率计硬件系统框图3.23.2 等精度数字频率计的系统电路设计等精度数字频率计的系统电路设计3.2.1 单片机与外围电路的设计单片机与外围电路的设计单片机系统及外围电路如图 3-2 所示。图中 START
10、为开关按钮，按下时开关将使程序转入选择显示频率的值，否则显示状态为零。S13 为按钮开关，按下此开关则将程序载入可编程逻辑器件 CPLD 中。ISP 为程序下载接口，其作用是将 PC 机上调试好的程序经编译后写入单片机内程序储存器中。所接按0INT钮开关，其作用是按下按钮开关启动 T0 计数。 、所接按钮开关，其作用是1INT进入显示状态。1110KR210FC4RESETVCCD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7VCC GNDXAL1 XAL2P1.1VCC12XTAL2 12M33pFC533pFC6STARTEA/VPP31XTAL119 XTAL218RST9P3.7(RD)
11、17 P3.6(WR)16P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P1.0(T2)1 P1.1(T2EX)2 P1.23 P1.34 P1.45 P1.56 P1.67 P1.78(AD0)P0.039 (AD1)P0.138 (AD2)P0.237 (AD3)P0.336 (AD4)P0.435 (AD5)P0.534 (AD6)P0.633 (AD7)P0.732(A8)P2.021 (A9)P2.122 (A10)P2.223 (A11)P2.324 (A12)P2.425 (A13)P2.526 (A14)P2.627 (A15)P2.7
12、28PSEN29ALE/PROG30(TXD)P3.111(RXD)P3.010GND20VCC40AT89C52U2AT89C52RD WRA13 A14 A15A11 A12P1.7VCC10KR10.1FC312 34 56 78 910ISPHeader 5X2VCCP1.5P1.7 P1.6RSTRSTP1.5 P1.6图 3-2 单片机系统电路设计3.2.2 单片机与显示电路接口设计单片机与显示电路接口设计单片机与显示电路接口如图 3-4 所示，其中六位共阴极 LED 有 6 根位选线 和 68 根段选线。由段选线控制字符的选择，而位选线有效时，控制该显示位 的点亮。 图中，接入
13、8 510 阻排是为了增强驱动能力，当 573 输出为低电平时， 阻排各电阻中流过的电流灌入 573 的输出端，显示器不被点亮，当 573 输出高 电平的时，位选为低电平的显示器被点亮，通常显示二极管点亮时，压将为 1.6V 左右，加上 1413 的低电平 0.3V，使 573 的输出被嵌位在 2V 左右，而电 流则是由 573 的输出电流和阻排电流共同供给约 6mA 左右。这样接法比较实用， 阻排接入也比较简单。如果将 74LS573 换成 74HC573 阻排也可以不接。因为 74HC573 的高电平输出基本就可提供 6mA 的拉电流。如果不想让 573 的逻辑 电平下降到 2V 左右，而
14、保持到 3V 以上则应采用串入电阻后接三极管射级跟随 的方法驱动。段地址：8000HBFFFH位地址：4000H7FFFH片选/Y0：C000HC7FFFH；/Y3：D800HDFFFH；片选/Y1：C800HCFFFH；/Y4 ：E000HE7FFFH；片选/Y2：D000HD7FFFH；/Y5：E800HEFFFH；12A7B6C4D2E1F9G10DP538L6A7B6C4D2E1F9G10DP538L5A7B6C4D2E1F9G10DP538L4A7B6C4D2E1F9G10DP538L3A7B6C4D2E1F9G10DP538L2A7B6C4D2E1F9G10DP538L1VCCVC
15、CA15A14D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6VCCQ1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8WRWROE1D12 D23 D34 D45 D56 D67 D78 D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q119VCC20U7M 74HC573B1ROE1D12 D23 D34 D45 D56 D67 D78 D89GND10LE11Q812Q713Q614Q515Q416Q317Q218Q1
16、19VCC20U8M 74HC573B1RA11 A22 A33 A44 A55 A66 A77GND8K9Y710Y611Y512Y413Y314Y215Y116U9M C1413PQ1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8DB0DB1DB2DB3DB4DB5图 3-4 7 段 LED 显示接口3.2.33.2.3 CPLDCPLD 与单片机的接口设计与单片机的接口设计1.1. CPLDCPLD 与单片机的接口设计如图与单片机的接口设计如图 3-53-5 所示所示13IO6IO8IO9IO10IO11IO12IO4IO5IO15IO16IO17IO18IO20IO21IO22IO24IO2
