《集成电路电阻、电容、电感测试仪设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《集成电路电阻、电容、电感测试仪设计（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电阻、电容、电感测试仪的系统设计摘 要 本次设计是在参考 555 振荡器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用 555振荡器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入AT89C52的计数器内，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。关键字 555 振荡器； AT89C52； 定时计数； 参数1. 电阻、电容、电感测试仪的系统设计1.1 电阻、电容、电感测试仪设计方案比较电阻、电容、电感测试仪的设计可用多种方案完成，例如利用模拟电路，电 阻可用比例运算器法和积分运算器法，电容可用恒流法和比较法，电感可用时间 常数发和同步分离法等、使用可编程逻辑控制器（
2、PLC）、振荡电路与单片机结合 或 CPLD 与 EDA 相结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较：方案一：可编程逻辑控制器（PLC）应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小， 可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价 格相对昂贵，因而成本过高。方案二：采用 CPLD 或 FPGA 实现应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试 仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA 可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用。但相对而言规模大，结构复杂。方案三：利用振荡电路与单
3、片机结合利用 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 三点式电路也转化为频率，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的可靠性。系统扩展、系统配置灵活。 容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、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，利用方案三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。1.2 系统的
4、原理框图本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高 等特点，拟采用 MCS - 51 系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感测试仪 的控制。系统分四大部分：测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。通过 P1.3 和 P1.4 向模拟开关送两位地址信号，取得相应的振荡频率，然后根据所测 频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。系统设 计框图如图 1-1如下所示。框图各部分说明如下：1）控制部分：本设计以单片机为核心，采用89C51单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯：本设 计中，设置了 1 盏
5、电源指示灯，采用红色的 LED 以共阳极方式来连接，直观易懂， 操作也简单。数码管显示：本设计中有 1 个 74HC02、2 个 74LS573、1 个 2803 驱动和 6 个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘： 本设计中有 Sr，Sc，SL 三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键 测量。2）通道选择：本设计通过单片机控制 CD4052 模拟开关来控制被测频率的自 动选择。3）测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频 率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率 化。通过 51 单片机的 IO 口自动识别量程
6、切换，实现自动测量。2. 电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计2.1 MCS-51 单片机电路的设计在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种 规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬 件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数 器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的 必要性。在硬件设计中，选用 MS-51 系列单片机，其各个 I/O 口分别接有按键、 LED 灯、七位数码管等，通过软件进行控制。本设计中单片机的设计电路如下图 2-1所示：本电路使用单片机内部振荡器，11.0592
7、MHz的晶体谐振器直接接在单片机 的时钟端口 X1和X2,电路中C2、C3为振荡器的匹配电容。该电路简单，工作 可靠。另外本系统的容阻上电复位，就是利用RC电路的充电过程来给单片机复 位。RC电路的时间常数计算公式：T=RC(3-1)即： T=RC=10u*10k=100ms。当需要复位时，也可以按下复位按键，进行复位。2.2 LED 数码管电路与键盘电路的设计在电阻、电容 、电感测试系统中，用 LED 灯来显示测量参 数的类别和 电源指示，既简单又显而易见。在本设计中，利用单片机的 P1.0、P1.1 和 P1.2 口直接和发光二极管相连接，控制程序放在MCS-51单片机的ROM中。由于测试
8、 指示灯为发光二极管且阳极通过限流电阻与电源正极相接，所以为共阳极。因此 I/O 口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮；I/O 口输出高电平时，相应 的指示灯会灭。发光二极管的接口电路如图2-2所示：图 2-2 发光二极管的接口电路发光二极管的设计中，每个二极管与单片机接口间有一个电阻，其阻值至少 为180欧。按3.3V时的工作电流15mA来计算，需要让与之串联的电阻，分去 VCC 5V电压中的2.7V电压，则得到R=U/I=2.7V/0.015A=180欧，且电阻的功率 为 P=UI=2.7V*0.015A=0.041W。另外，在本设计中， LED 应用于七位数码管中，实现了被测参数的显
9、示，七 位数码管以共阴极的方式经过74LS573锁存器与单片机的P0 口相连。六位数码 管显示被测参数的示值从左到右依次代表十万、万、千、百、十和个位，这样显 示结果更为简单可行。静态方式需要大量I/O,而动态扫描显示方式能够节省大量的I/O 口，且电 路结构也比较简单，显示效果良好，因此最终采用动态扫描显示方式。系统核心电路(AT89S52最小系统)的P0 口以总线方式与二片数据锁存器 (74HC573)相连接，二片74HC573的片选使能端(LE)分别连接在或非门(74HC02) 的 1、4 管脚，三个或非门相类似，都是两个输入端的其中一端接在单片机的 16 管脚(WR)，而另一端分别接在
10、P2.5P2.6。单片机片选电路如图2-3所示。或非门片选电路分析：当单片机通过P0 口总线输出数据时，16管脚(WR)为 低电平“0”，片选信号端P2.5P2.7中，要被片选端为“0”，其它为T，这样 三个或非门中，只有需要片选中或非门的输出为高电平“1”，其它两个或非门的 输出信号为低电平“0”。另外，74HC573数据锁存器的LE使能端为高电平有效， 与之前电路结合可以实现片选功能。在 本 设 计 中 ， LED 显 示 接 口 电 路 如 下 图 2-4 所 示2 :2C_4_iy：LLzIHDiaDJ环D-玫DOEd运 3QLQ2Q3Q*邺僅丫SJC1 亠 HC.23N aDlIHa
11、IM-DJwa-OEa图 2-4 LED 显示接口电路电路由 6 个共阴极数码管、两个 74HC573 和一个 ULN2803 组成。两个 74HC573 分别作为段码和位码的数据锁存器，它们的片选信号来自最小 系统AT89S52的P2.5和P2.6，由此可以计算出它们的片选地址：段码片选地址 为COOOHDFFFH，位码片选地址为AOOOHBFFFH。ULN2803是达林顿管，在电路中能起到大电流输出和高压输出的作用。由于 电路使用的是共阴极动态显示方式，ULN2803在位码数据锁存器后连接八个数码 管的 COM 端，可以增强驱动数码管的能力，使数码管的显示效果更好。本设计中设置了 Sr,S
12、c,SL三个按键，利用单片机的Pl.O、P1.1和P1.2 口 直接和按键相连接，控制程序放在 MCS-51 单片机的 ROM 中用于启动各个被测参 数程序的调整。见图2-5按键电路所示.=1LEDScTIEDVCCHQ L仝51 0二二二泊 LC-jJ图 2-5 按键电路p! QVTf*Pl.LKI.OPL. 2K.LPUM 2PL 4MJPl jM 4Pt.6MJPl R上M.7翫K!.OKTfK!.lK!.2ICK 311W.4弍K.JKJ.K!.?KZSItfTEXD：CTaUTCDSHALLALEGM)pbET控制R、L、C的三个按键接入一个10K大小的上拉电阻，起限流保护作用。当有
13、键按下时为低电平，无键按下时则为高电平。2.3 测量电阻、电容电路的设计2.3.1 555 定时器简介555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优 良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和 多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成 555 定时被广 泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。1) 555 定时器内部结构555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路 ,其内部结构如图2-6(A)部分及管脚排列如图(B)部分所示。啦 屯 風临和址图2-6定时器内部结构它由分压器、比较器、基本 R-S 触发
14、器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5KQ的等值电阻串联而成。分压器为比较器A、A提供参考电压，比较 12器A的参考电压为错误！未找到弓|用源。，加在同相输入端，比较器A的参考电12压为错误！未找到弓用源。，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A、A组成。高电平触发信号加在A的反相输入端，与同相输入端的参考电压1 2 1比较后，其结果作为基本RS触发器错误！未找到引用源。端的输入信号；低 电平触发信号加在 A 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果2作为基本R-S触发器错误！未找到引用源。端的输入信号。基本R-S触发器的 输出状态受比较器A、A的输出端控制。122) 多
15、谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图2-7(C)部分所示，其中R、R和电容C12为外接元件。其工作波如图(D)部分所示。图 2-7 震荡器工作原理设电容的初始电压U =0, t = 0时接通电源，由于电容电压不能突变，所以c高、低触发端v =V =0错误！未找到引用源。比较器A输出为高电平，A输TH TL 1 2出为低电平，即错误！未找到引用源。=1，错误！未找到引用源。=0（1 表示高电位，0表示低电位），RS触发器置1,定时器输出u=l此时错误！未找到引 0用源。定时器内部放电三极管截止，电源V经R，R向电容C充电，u逐渐升 cc 1 2 c高。当u上升到错误！未找到引用源。时，A输出由0翻转为1，这时错误！未 c2找到引用源。=错误！未找到引用源。=1，R-S触发顺保持状态不变。所以0tt1 期间，定时器输出 u 为高电平1。0错误！未找到引用源。时刻，u上升至U错误！未找到弓|用源。，比较器A的 c1
