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1、电阻电容参数单片机测试系统设计目 录1 绪论1 1.1选题的目的及意义1 1.2研究现状1 1.3 电阻、电容测试仪设计方案的比较22 硬件设计3 2.1 整体系统原理介绍3 2.2 555振荡电路4 2.3 电阻、电容测试电路设计4 2.3.1 电阻测量电路4 2.3.2 电容测量电路5 2.4 多路选择开关设计5 2.5数码管电路与键盘电路的设计6 2.5.1 发光二极管接口电路6 2.5.2 LED显示接口电路63 软件设计8 3.1 I/O口的分配8 3.2主程序流程图8 3.3 频率参数计算的原理94 调试与结果12参考文献13致谢14附录151 绪论1.1 选题的目的及意义目前，随
2、着电子工业的发展，电子元件器件急剧增加，电子元件器件的适应范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容的大小。另外，随着测量技术的飞速发展以及人们对电参数的测量精度要求的提高，目前教学实验中普遍采用的数字式万用表已不能满足测量要求，因此设计可靠，安全，便捷，测 量精度更高的电阻，电容测试仪具有广泛的使用价值和应用前景。在目前的生产制造业，与传统的手动交流电桥相比，数字LRC阻抗测量仪因其测量性能稳定可靠，无需进行反复的，复杂的手动平衡，还可以减少测量误差和结果计算，故已被越来越多的应用于交流阻抗参数的测量。要保证LRC阻抗测量仪测量准确度，对其性能的考核就显得尤为重要。本设计希望通过对
3、电容，电阻测试仪的设计来培养学生的综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，系统的掌握单片机的开发设计过程，强化世纪应用技能训练，为今后开展单片机应用系统的设计和开发打下初步的基础。1.2 研究现状当今电子测试领域，电阻，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。国内外电阻，电容测试发展已经很久，方法众多，常用测量发放如下：1、电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降法，比例运算器法和积分运算器法。比例运算器法测量误差稍大，积分运算器法适应于高电阻的测量。2、传统的测量电容方法有谐振法和电桥法。前者电路简单，速度快，但精度低；后者测量精度高，但速度慢。随着数字化测量技术的发展，在测量速
4、度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用横流吧法和比较法。纵览目前国内外的LRC测试仪，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不便携带，而且价格鼻尖昂贵。例如传统的用阻抗法，Q表电桥平衡法等测试LRC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LRC的测试虽然已经很成熟，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，智能化的仪表开发的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好操作简单，自动转换量程，体积更小，功能强大，便于携带的LRC测试仪，充分利用现代单片机技术，研
5、究了基于单片机的智能LRC测试仪，人机界面友好，操作方便的智能LRC测试仪，具有十分重要的意义。1.3 电阻、电容测试仪设计方案的比较电阻、电容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，使用可编程逻辑控制器(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：1、利用纯模拟电路。虽然避免了编程的麻烦，但电路复杂，所用器件较多，灵活性差，测量精度低，现在已较少使用。 2、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
6、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。 3、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。4、利用振荡电路与单片机结合。利用555多谐振荡电路将电阻，电容参数转化为频率，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
7、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。2 硬件设计2.1 整体系统原理介绍系统分三大部分：测量电路、通道选择和控制电路，如下图所示。被测电容RC振荡电路振荡电路多路选择开关CD4052被测电阻RC振荡电路振荡电路单片机二极管指示数字显示语音播报f0f0量程切换Addrdr测量频率控制部分通道选择测量电路图2-1 系统设计框图框图各部分说明如下：1、控制部分：本设计
8、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，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
9、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口自动识别量程切换，实现自动测量。2.2 555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。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2-2所示。图2-2 定时器内部结构它由分压器、比较器、基本R-S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5千欧的等值电阻串联而成。分压器为比较
10、器A1、A2提供参考电压，比较器的A1参考电压为2/3VC，加在同相输入端，比较器A2的参考电压为1/3VCC，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A1、A2组成。高电平触发信号加在A2的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器RD端的输入信号；低电平触发信号加在A2的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S触发器SD端的输入信号。基本R-S触发器的输出状态受比较器的A1、A2输出端控制。2.3 电阻电容测试电路设计2.3.1电阻测量电路电阻的测量采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算。555
11、接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为： （1）得出： （2）即： （3）2.3.2 电容测量电路电容的测量同样采用“脉冲计数法”，由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为： （4）得出： （5） （6）2.4 多路选择开关设计利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是差分四通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。当INH输入端=“1”时所有通道截止，二位二进制输入信号选通四对通到中的一通道。当选择了某一通道的频率后，Y输出频率通过T1送入单片机进行计
12、数，通过计算得到要被测值，多路选择开关控制如表2-1所示。P1.4P1.3测量类别00Y0-R01Y1-C10Y2-L11未定义表2-1 多路选择开关控制 2.5 数码管电路与键盘电路设计2.5.1发光二级管接口电路在电阻、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。与小白炽灯泡和氖灯相比，LED特点是：工作电压很低(有的仅一点几伏)；工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光)；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中常常用作光源。在本设计中，利用单片机的P0.0、P
13、0.1口直接和发光二极管相连接，控制程序放在单片机的ROM中。由于测试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/0口输出低电平时，与之相连的相应指示灯会亮；I/0口输出高电平时，相应的指示灯会灭。2.5.2 LED显示接口电路电路由2个或非门、两个74HC573和一个ULN2803组成。或非门片选作用：当单片机通过总线输出数据时，18管脚为低电平“0”，片选信号端中，要被片选端为“0”，其它为“1”，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
14、电路结合可以实现片选功能。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C000HDFFFH，位码片选地址为A000HBFFFH。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。3 软件设计3.1 I/O口的分配本设计模块中，模块是以单片机为核心，再通过按键控制测量的被测参数在数码管显示，按键主流程序图示。开始 初始化按键键功能结束 图3-1 按键主程序流程图开始程序，接着初始化，然后再执行按键功能，如果是则继续执行键功能，如果否，则返回到按键，重新判断，直到结束程序。3.2 主程序流程图在电阻电容的设计中，便于直观性，在数码管上显示被测参数的选择，被测参数各个灯的选择以及具体设置。通过三个按键Sr,Sc,SL来进行灵活控制，具体操作流程图。
