简易RLC 测量及测频仪

摘要在电子设计中，电阻、电容、电感是最基本的元件，经常要对它们的值进行测量。

而在某些场合，对测量精度要求很高。

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。

硬件设计中，采用以MCS-51单片机为核心的硬件电路。

将电阻、电容、电感的值转化为频率，通过51单片机测量之，再通过频率与参数的对应关系计算出参数值，最后显示在液晶上。

电阻、电容通过555定时器转化，电感通过电容三点式震荡电路转化。

软件设计中，采用Keil4为仿真平台，用C语言编写代码，包括主程序模块，频率测量模块，显示模块。

最后，采用protues7.7进行整体仿真，仿真结果满足题目要求。

关键词：51单片机555定时器电容三点式振荡器LCD显示目录摘要 (I)1 方案选择 (1)1.1 可选方案 (1)2 硬件设计 (2)2.1 整体设计 (2)2.2控制、显示模块 (2)2.3 测量模块 (3)2.3.1 555振荡电路 (3)2.3.2 电容三点式震荡电路 (4)2.3.3 电阻测量模块 (4)2.3.4 电容测量模块 (5)2.3.5 电感测量模块 (5)2.4 选通模块 (6)3 参数计算 (7)4 软件设计 (8)4.1主程序流程图 (8)4.2 频率测量程序流程图 (8)5 结果仿真与分析 (10)5.1 电阻测量模块仿真 (10)5.2 电容测量模块仿真 (10)5.3 电感测量模块仿真 (11)5.4 整体仿真结果 (11)5.5 结论分析 (13)附录： (14)1 方案选择电阻、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(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：1.1 可选方案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。

简易频率特性测试仪的设计加在前面：术业有专攻。

一般写一些东西我也不会在空间瞎发，弄的别人以为自己瞎显摆。

不过我觉得我们电子设计的过程确实值得其他小组学习一下，比如说老葛焊板子那种芯片的布局，还有我们用4个按键解决所有数字的设置的思想。

我希望大家看到文章的时候不是觉得怎么吊炸天，其实我们这种水平比我们吊炸天的多了去。

我们之所以有敢厚着脸皮把这么次的设计思想分享出来，主要希望能把其中的某一些发光点分享给大家，同时希望他人给我们的更宝贵的意见和建议。

----end----电子设计三中，仪器仪表组的第一个题目，是简易频率特性测试仪的设计。

这个题目取自2013年的E题：简易频率特性测试仪（E 题）。

为了纪念近一个月的工作，特撰以此文纪念我们第七小组历经了的艰辛岁月。

在此，感谢组长葛家瑾大神、还有范一华同学的辛勤付出，还有李煜及其他一些学长的帮助。

特发上图，以作纪念。

在本次完成题目的过程中，葛大神早早完成了公式推导、电路理论和原理的分析，并组织我们在工作上分工（虽然他好像对“被我和范一华排挤去焊电路板”很不满意私下抱怨并耿耿于怀，哈哈）。

下面我简单的回顾一下我们的这次设计：其中，有关硬件电路的部分是葛大神负责的，我只是略懂了原理，故仅仅略述。

我主要承担的是AD采样部分的程序，还有就是通过操作液晶屏和按键实现的程序的总体逻辑控制程序。

范一华同学主要完成的是AD9854部分的程序，正弦波输出及其幅度补偿，还有扫频部分的程序。

下面，我从入手这道题目的开始状态，来一步步回顾一下。

下面，先把题目贴出来：/*=======================开始贴题目=======================*/【本科组】一、任务根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性，其示意图如图 1 所示。

二、要求1．基本要求制作一个正交扫频信号源。

（1）频率范围为1MHz~40MHz，频率稳定度≤10^-4；频率可设置，最小设置单位100kHz。

2009年苏州地区"AMD"杯高校大学生电子设计竞赛设计报告题目：简易RCL测量仪（A）队号：09037摘要本作品基于MSP430F149单片机为控制和处理平台，实现了简易RCL测量仪的功能，具有测量精度高、自动识别器件的优点。

该测量仪是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号F，经过多路选择开关，然后用单片机计数后再运算求出R、C、L，并送入显示。

频率转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡。

AbstractBased on the control of MSP430F149 single-chip processing platform，this work achieves a simple function of RCL meter with high measurement accuracy, and the advantages of automatic identification devices. The measuring instrument can change the parameters R, C, L of the electronic components into the frequency signal F, after a multi-way selector switch, and then is used to derive single-chip count after the operation R, C, L, and sent to indicate. This frequency principles are the RC oscillation principle and LC three-point oscillation.一、方案设计与论证测量电子元器件集总参数R、C、L的仪表种类较多，方法也更有不同，但都有其优缺点。

一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量。

RLC正弦交流电路参数测量实验报告一、实验目的1.学习正弦交流电路参数的测量方法；2.熟悉使用示波器和信号发生器进行电路参数测量的步骤；3.掌握RLC电路频率响应特性的实验测量方法。

二、实验仪器和器材1.示波器；2.多用电表；3.R、L、C元件；4.信号发生器。

三、实验原理RLC电路是由电阻（R）、电感（L）和电容（C）三个元件组成的电路。

在交流电路中，频率（f）是一个非常重要的参数。

实验中通过调整信号发生器的频率，观察在示波器上的波形变化，测量各个元件的电压和电流，从而得到电路的频率响应特性。

四、实验步骤1.按照实验电路图连接电路，将R、L、C元件连接成RLC电路；2.将信号发生器的输出端与电路的输入端相连；3.将示波器的一组探针连接到电路上，以观察电压波形；4.打开示波器和信号发生器，并调整信号发生器的频率为10Hz；5.在示波器上观察波形，并记录电压和频率的数值；6.依次将信号发生器的频率调整为100Hz、1kHz、10kHz和100kHz，重复步骤5中的操作；7.对以上各个频率的电压和频率数值进行记录；8.按照上述步骤测量电流值，记录电流和频率数值；9.将测得的数据整理成表格。

五、实验结果实验中测得的电压和电流数据如下表所示：频率(Hz)，电压(V)，电流(A)---，---，---10，2.3，0.15100，2.1，0.201k，1.8，0.1210k，1.4，0.06100k，1.0，0.02六、实验分析1.根据测得的电压和电流数据，可以计算出电阻（R）的数值。

根据欧姆定律，电压与电流之间的比值即为电阻的大小。

由表中数据可得，当频率为10Hz时，电流为0.15A，电压为2.3V，根据公式R=U/I，可计算出R的数值为2.3/0.15=15.3Ω。

2.根据电感（L）和电容（C）的频率特性，在低频时对电感有影响，在高频时对电容有影响，因此通过观察电压-频率的图像变化，可以确定L和C的数值。

论文题目：简易数字式电阻、电容、电感测量仪1 绪 论1.1元器件参数测量仪在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件的具体参数进行测量，在这之中万用表以其简单易用，功耗低等优点被大多数人所选择使用。

然而万用表有一定的局限性，比如：不能够测量电感，而且容量稍大的电容也显得无能为力。

所以制作一个简单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。

现在国内外有很多仪器设备公司都致力于低功耗手持式电抗元器件测量仪的研究与制作，而且精度越来越高，低功耗越来越低，体积小越来越小一直是他们不断努力的方向。

该类仪器的基本工作原理是将电阻器阻值的变化量，电容器容值的变化量，电感器电感量的变化量通过一定的调理电路统统转换为电压的变化量或者频率的变化量等等，再通过高精度AD 采集或者频率检测计算等方法来得到确定的数字量的值，进而确定相应元器件的具体参数。

电阻的参数主要是电阻值，电容的参数包括:电容值、损耗系数，电感的参数包括:电感值、品质因素。

1.2元器件参数测量仪常用解决方案1.2.1 平衡电桥法测量原理桥电路由未知阻抗z ，已知标准电阻S R 和具有总电阻P R 的电阻性电位计组成，电桥各元素分别是Z 、s R 、()P R x -1、P xR 。

其中x 代表电位计变换的位置。

电桥由正弦交流电源0u 供电，频率为d U ο0ω为桥路输出电压。

当改变电位计x 的位置时，就可得到半平衡电桥。

真正的半平衡状态是d U ο与一个特定的桥路电压相差900。

可用相敏检测仪检测出来。

通常相敏计有倍增式和同步式两种，其检出信号0V 取决于输入1v 和另一个参考电压2v ，设)sin(211ϕ+=wt V v wt V v sin 222=那么，在倍增型0V 可用式（1）表示，同步式0V 可用式（2）表示：ϕcos 210V V V = （1）πϕ/cos 2210V V = （2） 如果1v 、2v 相差900输出0V 为0，如果d v 是输入信号，桥式电路中另一个指定信号是参考信号，相敏计输出为0，这将意味着d v 和指定电压相位差900,表明是半平衡状态。

摘要在使用电子元器件时，首先需要了解参数。

采用传统的仪表进行测量时，首先要从电路板上焊开器件，再根据元件的类型，手动选择量程挡位进行测量，这样不仅麻烦而且破坏了电路板的美观。

基于单片机控制实现的RLC测量仪可以在线测量、智能识别、量程自动转换等多种功能，大大提高测量仪的测量速度和精度，扩大了测量范围。

因此这种RLC测量仪既可改善系统测量的性能，又保持了印刷电路的美观，较传统的测量仪还具有高度的智能仪和功能的集成化，在未来的应用中将具有广阔的前景。

本课题主要研究内容为设计一个基于单片机的RLC智能测量仪器，能够智能地识别出待测元件是电容、电感还是电阻；能精确测量出电阻、电容、电感的参数值，同时还能加入语音播报的功能；可以实现量程电阻的自动转换，无须人工选择档位；对测量仪进行扩充后还实现了二极管、三极管的测量。

关键词：RLC测量仪；AT89S52；NE555AbstractIn the use of electronic components, the first need to understand ing the traditional instrument to measure, the first circuit board from a welding device, according to the type of components, manually select range Shift to measure, this is not only troublesome but also undermine The appearance of the circuit board. Based on SCM control to achieve the RLC-measuring instrument can measure, intelligent identification, range automatic conversion, and other features, thereby greatly increasing the meter measuring speed and accuracy, expanded the range. So this RLC measuring instrument can improve the performance measurement system, and maintain the appearance of the printed circuit, the more traditional measuring instrument also is highly intelligent and functional instrument of integration and application in the future will have broad prospects.The main topics for the design of research has been based on the RLC SCM smart measuring instruments, smart and able to identify components under test is capacitors, inductors or resistance; can be accurately measured resistors, capacitors, inductors of the parameters, while adding V oice of the broadcast function can be automatically converted range of the resistance, not artificial selection stalls; measuring instrument to carry out the expanded also to achieve the diodes, transistors measurement.Key words：RLC meter;AT89S52;NE555目录引言 (1)1 硬件电路 (2)1.1 设计要求 (2)1.2 电路方框图及说明 (2)1.3 各部分电路设计 (2)1.3.1 电阻测量电路 (2)1.3.2 电容测量电路 (3)1.3.3 电感测量电路 (4)1.3.4 多路选择开关电路 (4)1.3.5 按键及显示电路 (5)1.3.6 单片机模块 (6)1.3.7 量程选择模块 (7)1.3.8 电源模块 (8)2 软件部分 (8)2.1 主程序流程图 (8)2.2 程序清单 (9)3 相关元器件 (19)3.1 元件清单 (19)3.2 AT89S52资料 (20)3.3 ICM7218资料 (31)3.4 74LS390资料 (32)3.5 CD4052资料 (33)3.6 NE555资料 (33)3.7 共阳4位LED数码管资料 (39)3.8 三极管相关资料 (40)3.9 三端稳压管LM7805资料 (41)3.10 继电器资料 (42)4 调试总结 (43)5 结论 (44)谢辞 (45)参考文献 (46)附录 (47)引言测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。

基于AT89C52单片机操纵的简易RLC测试仪本文所设计的系统是基于AT89C52单片机操纵的简易RLC测试仪。

为了充分利用单片机的运算和操纵功能，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。

转换的原理别离是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那么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，本测试仪抵达了测试标准。

通过测试，第1章：绪论电路参数R,L,C电路参数—电阻、电容和电感是电路的三种大体参数，也是描述网络和系统的重要参数，普遍应用于科学研究、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能够判定设备的好坏，是不是存在故障隐患。

在弱电系统中，电路参数元件的好坏、量值的大小直接阻碍所设计的线路板的正常工作和靠得住性。

因此对它们的测试具有重要的意义。

电路参数的测量方式电路参数的测量一般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参数测量的方式种类很多，例如：对电阻的测量经常使用欧姆表直接测量，也能够利用对电阻施加一个电压，利用模拟电表和电流表测量取得电阻两头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纳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。

也能够采纳过度进程法测出时刻常数，由于电路中利用已知的固定电阻，因此能够通过计算，得出电抗参数。

在要求测试准确度高的地址常采纳交流电桥通过调整已知参数使得电桥达到平稳，读出电感或电容值。

上述方式，简单明了，测试也有必然的准确度；但必需采纳手工操作，费时费力且测量精度带有必然的人为因素。

2. 在上世纪70年代后，由于数字电子技术的进展，显现了数字式的RLC测试仪。

R、L、C测量仪概述R、L、C测量仪是一种用于测试电阻（Resistance）、电感（Inductance）、电容（Capacitance）等元件参数的仪器。

它广泛应用于电子、通讯、航空、机械、医疗等领域的元器件测试。

测试原理R、L、C测量仪实际上是一个简化的LCR桥电路。

LCR电桥（或简称LCR桥）是一种测量电阻、电感和电容的电路。

在LCR电桥中，通过调节电桥的四个电阻（其中三个为已知值），可以使电桥平衡，测量未知元件的参数。

R、L、C测量仪通过内置的LCR桥电路，结合微处理器和LCD显示屏，实现了对元器件参数的高精度测量。

使用方法使用R、L、C测量仪时，应首先将元件连接到测试接口上，选择相应类型和范围，并按下测试键开始测量。

测试结果将显示在LCD显示屏上。

下面是具体的使用步骤：1.连接被测试元件：将待测元件的两个端即正负极分别插到测试接口的两个插槽中。

一些R、L、C测量仪可能包含多个测试接口，应注意正确选择接口和插槽。

一般情况下，测试接口的插槽分别标有L/C/R等字母，需要根据被测试元件的类型选择相应的插槽。

2.选择参数类型：根据被测试元件的类型选择相应的测试参数类型。

一些常见的测试类型包括电阻、电感、电容、品质因数（Q值）、损耗因数（D 值）等。

不同的R、L、C测量仪可能具有不同的测试类型和测试范围，应根据实际需求进行选择。

3.设定测试范围：根据被测试元件的参数，设定相应的测试范围。

一般情况下，测试范围越小，测试精度越高。

一些R、L、C测量仪可能具有自动范围选择功能，可以根据被测试元件的参数自动选择测试范围。

4.开始测试：按下测试键（通常为“test”或“measure”），开始进行测试。

测试时间一般为几秒钟到几分钟不等，具体时间根据被测试元件的大小和测试类型而定。

5.查看测试结果：测试结果将在LCD显示屏上显示。

不同的R、L、C测量仪可能在显示方式和数据格式上存在差异，应根据使用手册或说明书进行查看和分析。

山东交通学院2011届毕业生毕业论文(设计) 题目：简易R、L、C测量仪设计院(系)别信息科学与电气工程学院专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师山东交通学院教务处2012年4月原创声明本人王康宇郑重声明：所呈交的论文“简易R、L、C测量仪设计”，是本人在导师饶中洋老师的指导下开展研究工作所取得的成果。

除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。

论文作者(签字)：日期：2012年4月12日大学四年，通过对相关专业知识的学习，在不断的失败和挫折中，渐渐成长也渐渐成熟。

二十一世纪是一个科学的世纪，是一个高度自动化及各种机械渐渐摆脱人类操控的时代。

自动化高度集中是时代的需要，也是人类的需要。

简易R、L、C测量仪是为了方便人们对电阻、电容、及电感测量而随着人们的生活节奏的加快应运而生的具有现代工业气息的测量仪器，具有方便，准确，操作简单，体积小，易于携带等优点。

它的设计运用了模拟电子，模拟电路，数字电路，及相关的单片机知识加以人为的思想设计而成。

设计的原理是把R、L、C转换成频率信号f，转换的原理分别是RC振荡电路和LC 电容三点式振荡电路。

单片机计数得出被测频率，由该频率计算出各个参数值，数据处理后，送显示。

在设计中为了节约单片机的口线,选有了单端8通道双向多路开关CD4051。

通过控制CD4051控制端选择8路输入中的一路输出,输入到单片机的计数端。

在量程的多档位设计中没有使用模拟可控,而是使用了双刀双置开关,虽然在测量时候不能自动换量程,带来不便。

但它却不用考虑由模拟可控开关带来的几十欧电阻对测量结果的影响。

为使单片机能正确的调用计算标准电阻电容,设计了由741构成的比较电路,再将比较结果供单片机查询。

关键词：RC振荡电路,LC电容三点式,显示电路,恒流源,单片机,555多谢振荡电路University for four years, through the relevant professional knowledge and learning, in the continuing failure and setbacks, began to grow gradually mature. The 21st century is a century of science, is a highly automated and machinery gradually get rid of the era of human manipulation. Highly centralized automation needs of the times, but also the human needs.Simple R, L, C measuring instrument is to facilitate people's resistance, capacitance, and inductance measurements With the accelerated pace of life came into being with the breath of modern industrial measuring instruments, with a convenient, accurate, simple operation, volume small, easy to carry and so on. It is designed to use the analog electronics, analog circuits, digital circuits, and microcontroller-related knowledge and ideas designed to be human.Design principle is the R, L, C into a frequency signal f, the principle of conversion were RC and LC oscillator circuit capacitor three-point oscillator circuit. The measured frequency of the microcontroller counts obtained from the frequency to calculate the various parameters, data processing, and sending display.In order to save the design of the microcontroller port lines, I chose the single-ended 8-channel bi-directional multiplexer CD4051. CD4051control by controlling the input terminal selection in the way 8-way output, input to the chip count side.In the range of multi-gear design does not use analog control, but the use of a double-pole double position switch, although not automatically change when the measurement range, the inconvenience, but it does not consider the switch from analog control to bring dozens of European resistance to the measurement results. To enable the microcontroller to calculate the correct standard called resistors and capacitors, designed by the composition of the comparison circuit 741, and then compare the results for the microcontroller queries.Key words: RC oscillator circuit, LC capacitor three-show circuit，Constant-current source circuit, MCU,555 resonance swings circuit目录前言 (1)1 系统设计 (2)1.1 设计要求 (2)1.1.1 设计任务 (2)1.1.2 技术要求 (2)1.2 方案比较 (2)1.3 方案论证 (4)1.3.1 总体思路 (4)2 主要电路设计与说明 (5)2.1 555芯片简介 (5)2.1.1 芯片的顶视图及各引脚的功能及555芯片工作原理 (5)R的RC振荡电路 (6)2.2 测X2.2.1 用555时基电路构成多谐振荡器 (6)2.2.2 测量电阻的电路模块 (9)C的RC振荡电路 (11)2.3 测XL的电容三点式振荡电路 (12)2.4 测X2.5 单片机控制系统的硬件电路设计 (13)2.5.1 单片机结构介绍 (13)2.5.2 AT89S52单片机的特点 (14)2.5.3 总线结构 (22)2.5.4 单片机最小系统的设计 (22)2.5.5 显示电路的设计 (23)2.5.6 键盘电路 (27)2.5.7 CD4051单端双向多路开关电路设计 (27)3 软件设计 (29)结论 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A (43)附录B (44)附录C (45)山东交通学院毕业设计（论文）前言为深入地检测在学习过程中所学知识的连贯性以及掌握知识的灵活程度，进一步加深对所学知识的了解及进入社会后更好地为社会做贡献，根据学校及其现当代对大学生能力的要求，严格要求自己，做出了本设计。