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1、单片机电阻电容电感测试仪公司标准化编码QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N笠容/ EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY简易电阻、电容和电感测试仪设计作者：祝荣山（15）欧阳金信(61)殷浩（63）论文类型：应用型日期：2012年11月15日2012年11月23日近几年来，电子行业的发展速度相当快，电子行业的公司企业数目也不断 增多。这个现象带来的直接结果是电子行业方面的人才需求不断增多。所以， 现在大多数高校都开设与电子类相关的专业及课程，为社会培养大量的电子行 业的人才。做过电路设计的工作人员或者学生大多数使用万用表来测量一些元 件参数
2、或者电路中的电压电流。然而万用表有一定的局限性，它只能测量有限 种类的元器件的参数，对于电容和电感等一些电抗元件就无能为力了。所以制 作一种简便的电容电感测量仪显得尤为重要，方便电路设计人员或者高校电子 类专业的学生测量电路中需要用到的电容及电感的具体值。本次设计的思想是基于以上原因提出来的。该系统以STC89C52单片机为控 制核心，搭配必要的外围电路对电阻、电容和电感参数进行测量。系统的基本 原理是将电阻阻值、电容容值、电感感值的变化均转换成方波脉冲频率的变 化，利用计数器测频后通过单片机做运算，最后计算出待测元件的各个参数并 显示在1602液晶屏幕上。系统使用按键选择被测元件类型，使用1
3、602液晶屏 作为显示部分。测量时，只需将待测元件引脚放在测试仪的输入端，用按键操 作需要测量的参数，便可以很快测出被测元器件的参数，简便易用。实验测试 结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。关键词：STC89C52单片机电阻测量电容测量 电感测量目录1设计的背景及意义设计背景目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范 围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电阻，电容，电感的大小。因 此，设计可靠，安全，便捷的电阻，电容，电感测试仪具有极大的现实必要 性。通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率 后进行测量。电阻测量依据产生恒流源的方法分为电位降
4、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，积分运算器法适用于高电阻的测量。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。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 度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交 流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电 感的数字化测量常采用时间常数发和同步分离法。由于测量电阻，电容，电感方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是 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
5、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 计数端端，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 数电阻、电容、电感测试仪的发展历史及研究现状当今电子测试领域，电阻，电容和电感的测量已经在测量技术和产品研发 中应用的十分广泛。电阻、电容和电感测试发展已经很久，方法众多，常用测 量方法如下。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，积分运算器法适用于高电阻的测 量。传统的测量电容方法有谐振法和电桥法两种。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
6、的发展，在测量速 度和精度上有很大的改善，电容的数字化测量常采用恒流法和比较法。电感测 量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感但交流电桥的平 衡过程复杂，且通过测量Q值确定电感的方法误差较大，所以电感的数字化测 量常采用时间常数发和同步分离法。将一个运算放大器的输出端与其反相输入端直接连接，形成一个电压跟随 器；将基准精密电阻(R)的一端与被隔离的在线元件(Z ! x)的一端通过导线连 接，基准精密电阻(R)的另一端与信号源(V|i)或者地连接，被隔离的在线元 件(Z|x)的另一端通过导线与地或者信号源(V|i)连接，基准精密电阻(R) 与被隔离的在线元件(Z ! x)连接的一
7、端同时与运算放大器的同相输入端连 接；中国本土测量仪器设备发展的主要瓶颈。尽管本土测试测量产业得到了快速发 展，但客观地说中国开发测试测量仪器还普遍比较落后。每当提起中国测试仪 器落后的原因，就会有许多不同的说法，诸如精度不高，外观不好，可靠性差 等。实际上，这些都还是表面现象，真正影响中国测量仪器发展的瓶颈为：1. 测试在整个产品流程中的地位偏低。由于人们的传统观念的影响，在产品的 制造流程中，研发始终处于核心位置，而测试则处于从属和辅助位置。关于这 一点，在几乎所有的研究机构部门配置上即可窥其一斑。这种错误观念上的原 因，造成整个社会对测试的重视度不够，从而造成测试仪器方面人才的严重匮 乏
8、，造成相关的基础科学研究比较薄弱，这是中国测量仪器发展的一个主要瓶 颈。实际上，即便是研发队伍本身，对测试的重视度以及对仪器本身的研究也 明显不够。2. 面向应用和现代市场营销模式还没有真正建立起来。本土仪器设备厂商只是 重研发，重视生产，重视狭义的市场，还没有建立起一套完整的现代营销体系 和面向应用的研发模式。传统的营销模式在计划经济年代里发挥过很大作用， 但无法满足目前整体解方案流行年代的需求。所以，为了快速缩小与国外先进 公司之间的差距，国内仪器研发企业应加速实现从面向仿制的研发向面向应用 的研发的过渡。特别是随着国内应用需求的快速增长，为这一过渡提供了根本 动力，应该利用这些动力，跟踪
9、应用技术的快速发展。2电路方案的比较与论证电阻测量方案方案一：串联分压原理I V RxR0I1I串联电路原理图根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。测量 待测电阻R和已知电阻R上的电压，记为U和Ux0x 0.U=x-方案二：利用直流电桥平衡原理的方案Z1Z2根据电路平衡原理，不断调节电位器R3,使得电表指针指向正中间，再测量电位器电阻值。R = R2R3xR1方案三：利用555构成单稳态的方案555定时器构成单稳态电路图根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得 出频率，通过公式换算得到电阻阻值。1ln2*(气+ 2R )*C/口1 ,.得 Rx
10、= 2 (ln2* f *C R)上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需 要测量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方 案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提 高。故本设计选择了方案三。电容测量方案方案一：利用串联分压原理的方案通过电容换算的容抗跟已知电阻分压，通过测量电压值，再经过公式换算 得到电容的值。原理同电阻测量的方案一。方案二：利用交流电桥平衡原理的方案Z Z2 . ej(%+%)= z2 . Z ej雄 +气)通过调节Z1、Z2使电桥平衡。这时电表的读数为零。通过读取Z1、Z2、Zn的值，即可得到被测电容
11、的值。方案三：利用555构成单稳态原理的方案vcc555定时器构成单稳态电路图根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得 出频率，通过公式换算得到电容值。由f =ln2*( + 2 R2)* C1右 R1=R2, 得 C = 3ln2* f *RJ i上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需 要测量的电容值多，而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值，不易操作与数 字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转 化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。电感测量方案方案一：利用交流电桥平衡原理的方案（原理图同图2-2）方案二：
12、利用电容三点式正弦波震荡原理的方案电容三点式正弦波震荡电路图八（W），kxC1 + C2上述两种方案从对测量精度要求而言，方案二需要测量的电感值多，而且测量调节麻烦、电感不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案 二还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案二。3核心元器件介绍NE555的介绍555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电 路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调 压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和 脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变
13、换、脉冲调制等。它由于 工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，555集成电路 内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲 器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。555集成电路内部结构图：%引脚图:1 GWD2 - Trigger3 - Output4 - Reset5 - Control voEtaga6 - Thre-shold7 - DischargeB - Vcc管脚介绍：555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图（A）所示，按输入输出的排 列可看成如图（B）所示。其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚 称触发端，是下比
14、较器的输入；3脚是输出端（V），它有0和1两种状态，由 输入端所加电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空 和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电 平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（七），可用它改变上下触发电平 值；8脚是电源端，1脚是接地端。典型应用一555震荡器电路：U） 555定时器构成多街撮傍典屯略工昨波形由555构成的多谐振荡器如图（a）所示，输出波形如图（b）所示。接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc1/3VDD时，震荡器 输出Vo=1，放电管截止。当Uc充电到=2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，
15、 此时放电管导通，使放电管（DIS）接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。 当Uc下降到=1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使 放电端（DIS）不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从 1/3VDD 上升到2/3VDD，触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo 得到连续变化的震荡脉冲波形。脉冲宽度TL约为，由电容C放电时间决定: TH=（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T约为TH+TL。NE5532的介绍NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放 大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信 号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控 制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版， 因为它能保证噪声电压指标。NE5532 特点：小信号带宽：10MHZ输出驱动能力：600Q，10V （有效值） 输入噪声电压：5nV/Hz（典型值） 直流益：50000交流电压增益：2200-10KHZ功率
