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1、评阅成绩2014年湖南省大学生电子设计竞赛设计报告题号： A )竞赛题名称：基于LM3S811实现的电容参数测量仪参赛队编号： 0908评阅人签名：2014年8月24日基于LM3S811实现的电容参数测试仪摘要本系统采用键盘和CD4052模拟开关联合控制的方法实现对电容参数的测量。同时系统以TI公司的 LM3S811为核心，使用TLV7211产生方波，由控制器对方波数据进行处理并显示。在达到基本要求的基 础上，系统还能够测量一定范围电容的 ESR。一、设计思路描述1. 总体方案 系统包括：电压转化模块、显示模块、按键模块、控制模块等。系统总体框图如图1 所示。图 1 总体方案图2. 方波产生模
2、块方案一：采用555定时器及外接RC电路产生方波，但是在仿真中发现该方案仅适用于中档大小的 电容，对于较大或较小的电容无法产生准确的波形，故舍弃此方案。方案二：采用TLV7211产生方波，由输出端向电容进行充电，当电容电压高于某一值时，输出端电 压产生翻转，从而产生方波。所产生方波的频率由R和Cx共同决定，即f =1/(2*Ln2*R*Cx),通过模拟 开关切换电阻来产生不同的档位，经过仿真，此法可以测量题目要求的电容范围，故采用之。3. 电压转化模块方案一：通过电阻分压来获得+5V电压，此法电路简单，但由于功率较低，带动负载能力相对较差， 不能满足系统要求，故舍之。方案二：采用三端稳压芯片加
3、电容滤波，此法电压值稳定带负载能力强，可以满足系统的需求，故 采用之。二、硬件系统设计1. 方波产生电路利用 TLV7211 制作比较器，产生方波，原理图如下：100们50k Q1M Q10k Q图 2 方波产生电路图控制器通过 I/O 口采集到输出端输出的方波，通过计算得到电容值2. 电压转化电路5VGND3. ESR 测量电路三、算法数学描述1. 档位电阻的选择待测电容Cx=l/(2*ln2*R*f),首先，选定待测电容Cx的范围，通过调节单位电阻R的值，使 频率f满足一个合适的测量范围。2. 频率的测量使用定时器0定时200ms,定时器1A设置为输入计数模式用来计录上升沿个数，当定时器0
4、记时完毕，假设定时器A1所记上升沿个数为n,若n2000，则说明此频率较高，适合输入计时模式, 从而直接计算频率。若n=2000,则说明频率较低，记录上升沿个数可能导致误差较大，故设置定 时器1A为输入计时模式，计算两个上升沿之间的时间，从而测得频率。3. ESR测量原理使用单片机PWM模块产生100kHz方波，利用电容节滤波，电阻分压产生峰峰值为250V方波， 将待测电容视为电阻，通过放大器加直流偏置并放大信号，后又滤去直流电压，再一次加直流偏置 并进行峰值检测，最后与一电阻分压，通过读取分压值可以算得电容阻值。四、系统软件流程图如下图所示。部分源程序见附录E.开始主函数框图启动timerO
5、 启动 timerlA电容测试函数框图五、测试方法1. 测试使用的仪器EM1716型三路直流稳定电源、Tektronix TDS 1012 100MHz示波器、万用表、M8电容测试仪2. 测试方法（1）记录标注电容、对应电阻、计算频率、测量频率、测算电容并计算电容误差。（2）记录加模拟开关后的对应电阻、计算频率、测算电容及误差。（3）进行软件调试，记录电容标注值、电容测试仪测量值、系统显示值、测试误差。 以上测试结果分别由表1、表2、表3记录，详见附录A。六、指标测试和测试结果表1标注电容电阻计算频率测量频率测算电容测量误差1.00E-0910000009.72163E-10721.34458
6、63742-0.0278374852.20E-0910000002.19254E-09327.8839029329-0.0033923923.30E-0910000003.08267E-09218.5892686234-0.065857827表2标注电容电阻（加模拟开关）测量频率计算频率测算电容测试误差1.00E-091000300714721.12824781.00998E-090.009983542.20E-091000300326327.78556722.21205E-090.00547723.30E-091000300233218.52371153.09497E-09-0.062129
7、994表3标注电容电容测试仪测量值系统显示值测试误差（相对测试仪）误差（相对标注值）4.70E-084.83E-084.61E-08-0.045548654-0.0191489366.80E-087.02E-086.75E-08-0.038324548-0.0073529411.00E-071.07E-071.03E-07-0.0337078650.032七、数据分析与结论经实际测试，本系统可以在33pF-470uF的范围内实现电容参数的测量，而且测量结果较准确，同时可 以在一定范围内实现ESR的测量。系统通过键盘进行人机交互，具备LCD显示功能。采用供电电压3.3v 的 LCD 液晶显示测量
8、数据。系统较好地实现了题目的基本要求和部分提高要求。附录A：表1标注电容F电阻Q测算电容F计算频率Hz测量频率Hz电容误差l.OOE-1110000002.67165E-1172134.45863270001.6716466162.20E-1110000004.02986E-1132788.39029179000.8317536473.30E-1110000005.09784E-1121858.92686141500.5448004851.00E-1010000001.16534E-117213.44586361900-0.8834661412.20E-1010000002.40448E-10
9、3278.83902930000.0929463433.30E-1010000003.60672E-102185.89268620000.0929463434.70E-1010000004.89047E-101534.77571614750.0405259096.80E-1010000007.21345E-101060.80086210000.0608008621.00E-0910000009.72163E-10721.3445863742-0.0278374852.20E-0910000002.19254E-09327.8839029329-0.0033923923.30E-09100000
10、03.08267E-09218.5892686234-0.0658578274.70E-0910000004.80896E-09153.47757161500.023183815.60E-0910000006.38358E-09128.81153331130.1399250731.00E-0810000001.0117E-0872.1344586371.30.0117034872.20E-0810000002.4874E-0832.78839029290.1306341483.30E-0810000001.20425E-0921.85892686599-0.9635076353.30E-084
11、96002.42792E-08440.7041705599-0.2642668274.70E-08496004.60229E-08309.4305878316-0.0207892796.80E-08496006.7643E-08213.8711416215-0.0052505041.00E-07496001.03144E-07145.43237631410.0314352932.20E-07496002.08655E-0766.1056255869.7-0.0515692173.30E-07496003.23183E-0744.0704170545-0.0206573994.70E-07496
12、004.19113E-0730.9430587834.7-0.1082691996.80E-07496006.61056E-0721.3871141622-0.0278584476.80E-0797306.56072E-07109.0237268113-0.0351882581.00E-0697319.50366E-0774.128515778-0.0496344141.00E-0597301.11316E-057.4136134266.660.1131551691.00E-051001.17674E-05721.34458636130.1767448391.00E-041000.000107
13、66372.13445863670.0766337112.20E-041000.0002487432.78839029290.1306341484.70E-041000.00042937215.3477571616.8-0.086443026表2标注电容F电阻（加模拟开关）测量频率计算频率测算电容测试误差1.00E-1110003002.20E-1110003003.30E-1110003001006021852.371157.16827E-111.1722038911.00E-10100030052707211.2824781.36836E-100.3683647972.20E-10100030027833277.8556722.59119E-100.1778137523.30E-10100030018822185.2371153.83171E-100.1611249284.70E-10100030014091534.3154215.11801E-100.0889392636.80E-1010003009761060.4827177.38861E-100.0865601611.00E-091000300714721.12824781.00998E-090.009983542.20E-091000300
