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简易数字式电阻、电感和电容测量仪摘要本系统主控制部分采用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149。
以自制电源作为LRC测量模块和各个主要控制芯片的输入电源，测量原理是通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的引起的频率变化，利用频率与电阻、电容、电感的函数关系推算出电阻值、电容值或者电感值。
测量的原理是LM311组成的LC震荡器的震荡回路的频率由单片机采样，然后再依据震荡频率计算出对应的电容或电感值，以及由NE555多谐振荡电路实现对电阻的测量。
软件设计部分使用C语言编程编写了包括控制测量程、按键处理、电阻电感电容计算、液晶显示程序。
利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，测量结果采用12864液晶模块实时显示。
关键词： MSP430F149、NE555芯片、LRC测量、12864液晶目录1 系统总体方案设计 (1)1.1系统方案选择 (1)1.2系统软硬件总体设计 (1)1.2.1硬件部分 (1)1.2.2软件部分 (2)2系统模块设计 (3)2.1硬件模块设计 (3)2.1.1电感电容测量模块 (3)2.1.2电阻测量模块 (4)2.1.3主控制模块 (5)2.1.4 AD采样模块 (5)2.1.5 液晶显示模块 (5)2.2软件模块设计 (5)2.2.1 控制测量程序模块 (5)2.2.2按键处理程序模块 (6)2.2.3电阻电感电容计算程序 (7)2.2.4液晶显示程序模块 (7)3系统测试 (8)3.1测试原理 (8)3.2测试方法 (8)3.3测试结果 (8)3.4测试分析 (9)4系统总结 (9)参考文献： (10)1 系统总体方案设计1.1系统方案选择方案一.基于模拟电路的测量仪利用模拟电路，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，电感可用时间常数法和同步分离法等，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。
简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。
本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。
利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。
测量结果采用12864液晶模块实时显示。
实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。
关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量一、设计内容及功能1.1设计内容设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示：1.2 具体要求1. 测量范围（1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。
（2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。
2. 测量精度（1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。
（2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。
3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。
4. 自制电源5. 使用按键来设置测量的种类和单位1.3系统功能1. 基本完成以上具体要求2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试3. 采用液晶显示器显示测量结果二、系统方案设计与选择电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、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。
基于MSP430单片机的便携式阻抗测量系统作者：郭星崔朗福高爽桑胜波张文栋白玉杰来源：《现代电子技术》2017年第22期摘要：为了克服现有阻抗测量仪功耗大，体积大，价格高的问题，基于AD5934与MSP430F169设计了一种具有低功耗特性的便携式阻抗测量系统。
采用超低功耗的MSP430F169作为主控芯片，通过I2C总线控制基于AD5934的阻抗测量模块完成阻抗的测量，并通过LCD液晶屏显示测量结果。
RLC串联回路和R||C电路测量实验表明：该系统能精确测量待测物的阻抗值，并可测其共振频率，相对误差低至0.04%。
该系统在功耗和便携性方面实现了创新，与传统的阻抗测试仪相比具有体积小、功耗低、精度高、成本低等优点，可广泛应用于普通电阻电容、水电导率、生物复阻抗等测量。
关键词：便携式阻抗测量；低功耗阻抗测试仪； AD5934； MSP430F169中图分类号： TN911⁃34； TN710； TM934.7 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X （2017）22⁃0152⁃04Abstract： In order to eliminate the problems of high⁃power consumption， big volume and high price existing in the available impedance measurement tester， a portable impedance measurement system with low⁃power consumption was designed based on AD5934 andMSP430F169. The MSP430F169 with ultra⁃low power consumption is taken as the main control chip of the system. The impedance measurement is fulfilled by means of the AD5934⁃based impedance measurement module controlled by I2C bus. The test results are displayed on LCD screen. The measured experimental results of the RLC series circuit and R||C circuit show that the system can measure the impedance and resonance frequency of UUT accurately， and its relative error is as low as 0.04%. The innovation of the system is realized in terms of power consumption and portability. The system has the advantages of smaller volume， lower power consumption， higher accuracy and lower cost in comparison with the traditional impedance tester， and can be applied to the measurement of the common resistance⁃capacitance， water conductivity and biological complex impedance.Keywords： portable impedance measurement； low⁃power dissipation impedance tester；AD5934； MSP430F1690 引言阻抗測量已普遍应用于化工、生物、医学、农业等科研与生产的各个领域[1]。
简易电阻、电容和电感测试仪1.1 基本设计要求（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。
（2）测量精度：±5% 。
（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值。
示意框图1.2 设计要求发挥部分（1）扩大测量范围；（2）提高测量精度；（3）测量量程自动转化。
摘要：本系统是依赖单片机MSP430建立的的，本系统利用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振荡转化为频率，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。
容易构成何种规模的应用系统，且应用系统较高的软、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。
关键词：430单片机，555多谐振荡电路，，电容三点式振荡一、系统方案电阻测量方案：555RC多谐振荡。
利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围，再交由单片机处理。
综合比较，本设计采用方案三，采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。
电容测量方案：555RC多谐振荡同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路，通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小，如果固定电阻值，该方案硬件电路实现简单，能测出较宽的电容范围，能够较好满足题目的要求。
采用低廉的NE555构建RC多谐振荡电路，电路简单可行，单片机易控制。
电感测量方案：电容三点式采用LC配合三极管组成三点式震荡振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。
基于MSP430的电阻测量系统的设计摘要在仪器仪表应用领域中,电阻测量是一个比较普遍的要求。
本系统将介绍采用MSP430单片机实现电阻测量系统。
本设计基于单片机技术原理,以MSP430单片机芯片作为核心,用点阵式液晶显示芯片LCD1602完成液晶显示功能,增加了显示的美观性与直观性;有电流源电路、放大器电路、跟随器电路组成的恒流源作为电源为MSP430单片机提供稳定的电流;在模拟信号采集和输出模块中运用TI公司生产的PGA204可编程增益仪表放大器,使产品实现了高精度、微功耗以及微小型封装的完美组合,对模拟信号进行前置滤波放大,减小无用信号的干扰,提高了稳定性。
本系统的大部分功能通过软件编程来实现,LCD显示功能,提供了友好的人机交互界面,能适合各种工作场合。
关键词:MSP430单片机,1602芯片,PGA204芯片,电阻测量,恒流源The Design of Resistance Measurement Systembased on MSP430ABSTRACTThe instruments used in the field of resistance and the measurement is a more popular demand. this system will introduce the MSP430 monolithic integrated circuits for resistance measurement system.This design revivification theory to MSP430 monolithic integrated circuits, with a chip as a core four-three-three formation LCD display chip LCD1602 through liquid crystal display the functions, and visualization and display of current ; a circuit or circuit, an amplifier with the constant flow of electrical power source as for the supply of the current monolithic integrated circuits MSP430,The signal collecting and output of a module of the use of programmatic PGA204 gain appearance of an amplifier, the product of high precision, a small package TDP and perfect combination of a signal, which filtering, less interference fromno signal, and improves stability.The system of functional programming by software to implement and LCD display provides functionality and friendly man-machine interaction and interface to the workplace.KEY WORDS: MSP430 monolithic integrated circuits,1602 chip,PGA204 chip,measurement of resistance,constant current source目录前言 1第1章系统的总体设计方案 21.1 设计概要 21.1.1 系统的设计特点21.1.2 系统的主要组成21.1.3 系统的总体电路框图 2第2章系统的硬件设计 42.1 单片机系统 42.1.1 MSP430结构概述 42.2.2 MSP430F14X系列单片机的介绍 52.1.2 MSP430F14X系列的A/D转换62.1.3 MSP430单片机的最小系统电路72.2 恒流源部分92.2.1 电流源92.2.2 放大器92.2.3 跟随器112.3 LCD显示部分112.3.1 1602芯片简介112.3.2 显示电路132.4 时钟电路142.4.1 S-3530A芯片的特性14 2.5电源电路16第3章系统软件设计183.1 初始化程序设计183.1.1 端口初始化 183.1.2 A/D初始化193.1.3 定时器A的初始化20 3.2 A/D采集程序213.3 显示模块流程图223.4 测试程序24结论29谢辞30参考文献31附录33外文资料翻译37前言在科学研究和工程应用中,我们经常会遇到需要进行电阻测量的场合,传统的方法是伏安法,这种方法需同时测电压和电流,所以系统误差较大。
单片机原理与接口技术课程设计题目名称：简易超声波测距仪专业班级：测控1101班学生姓名：学号：指导教师：成绩：评语：指导老师签名：目录引言 (4)第一章绪论1.1 超声波测量原理 (4)1.2系统概述 (4)第二章设计方案与论证2.1 超声波测距模块 (5)2.2 供电模块 (5)2.3 显示模块 (5)2.4测温模块 (6)第三章硬件设计3.1 系统原理方框图 (6)3.2 主电路图 (7)3.3 I/O口分配 (7)3.4 元器件选型 (8)3.4.1 主控制芯片MSP430G2553 (8)3.4.2 HC-SR04超声波模块 (8)3.4.3 温度传感器DS18B20 (9)3.4.4 稳压芯片LM1117 (9)3.4.5 5110液晶显示 (10)第四章软件设计4.1 主流程图及介绍 (10)第五章系统调试5.1 测距调试 (11)第六章设计心得 (11)参考文献 (12)附录1：源程序 (14)附录2：相关照片 (27)引言：设计一个超声波测距仪,可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量、移动机器人、安全线提示，银行及取款机的一米线提示等场合。
要求测量范围在 0.20~4.00m，测量精度 1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。
第一章绪论1.1 超声波测量原理超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强；在空气中传播速度为 340m/s，容易控制；受环境影响小，因此采用超生波传感器作为距离探测的" 眼睛"。
用于测距领域的超声波频率为20kHz～ 400kHz的频段，空气介质中常用为 40kHz。
避障系统的超声波测距通常运用超声波的反射原理，采用渡越时间法，通过测量超声波发射到返回之间的时间间隔来计算距离。
由于时间长度与声音通过的距离成正比关系，当发射超声波传感器发出一个短暂的脉冲波时，记时开始；当接收超声波传感器接收到第一个回波脉冲后，计时立即停止。
基于MSP430的简易阻抗测量仪设计
【摘要】介绍一种数字化的简易阻抗测量仪设计方法，以MSP430单片机作为控制核心、CPLD进行数字信号处理，DDS信号发生器提供输入信号，通过高速A/D转换器AD7799，实现信号实时采样、数据处理和液晶显示，键盘做功能设置。
该设计实现了RLC元件参数的实时测量、自动识别、结构判断和谐振频率测试等功能。
测试结果表明该系统具有测试精度高、频率范围宽、可靠性好和性价比高等优点。
【关键词】阻抗测量仪；MSP430；CPLD；AD7799
0 引言
阻抗测量仪是一种用途很广泛的电子测量仪器。
传统的模拟测量阻抗信号的参数是通过不同的模拟电桥电路测量获得电感与电容的值，测量较为准确[1]。
而数字化测量仪与模拟测量仪相比，模拟器件的使用度低、系统简单、功耗低、智能化水平和精确度高，而且还具有强大的信号实时处理分析、自动识别计算和参数显示等功能，在日常生活、工厂生产和电子实验室中有广泛的应用[2]。
随着电子技术的不断成熟和完善，对于检测仪器产品的智能化和数字化要求越来越高，高性能、低价格、多功能的检测仪的研究备受理工类学生和电子研究人员的关注，因此研究数字化的简易阻抗测量仪具有重要的意义。
1 系统结构和工作原理
1.1 系统结构
该设计以MSP430F149单片机为控制核心，CPLD数字信号处理[3]，由DDS 信号发生器、信号预处理电路（包括差分放大、I/V转换、过零比较）、峰值检测电路、A/D数据采集电路、功能键盘、LCD液晶显示电路以及电源等部分组成。
系统结构框图如图1所示。
1.2 工作原理
简易阻抗测量仪的输入信号由DDS（直接数字频率合成）模块AD9851产生，两路正弦信号经过差分放大电路，对输入信号进行放大。
然后信号通过待测网络，输出的电流经电流—电压转换电路以电压信号方式输出。
输出分成两路，一路经过峰值检测电路转化为符合A/D转换[4]要求的0～5v电压，高速转换器AD7799再将模拟信号进行实时采样变成数字信号；另一路信号与原信号进行比较将测得的方波信号输入CPLD中进行高速信号运算处理。
将两路输出送入MSP430中进行数值计算和元器件判断等操作，最后将待测元件类型、相位角、器件参数值等显示在LCD液晶屏上。
所有功能都有键盘操作完成。
2 硬件设计
2.1 单片机
MSP430F149是具有16位总线的带FLASH存储、低电压和超低功耗的单片机，其性价比和集成度高，具有强大的处理能力，而且系统工作稳定[5]。
本系统采用MSP430F149作为主控芯片，控制整个系统运行过程和数据的设置处理。
实现与CPLD的数据通信、A/D采样数据处理的功能。
整个设计在其控制下达到自动化、智能化、数字化和高速化的目标。
2.2 信号发生器
信号发生器的作用是为整个电路提供稳定的、不失真的交流输入信号。
AD9851模块是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。
其工作原理是用告诉ROM存储[6]所需波形的量化数据，按照不同频率要求，用频率控制字M为步进对相量增量进行累加，按照不同的量化数据，按照不同频率要求，用相位控制字K调节相位偏移量，用累加相位值加上相位偏移量后作为地址码读取存放在存储器内的波形数据。
单片机MSP430通过给DDS[7]送控制频率控制字和相位控制字，实现频率步进即改变输入信号的频率，其可以变化的范围是0～30Mhz。
2.3 差分放大电路
差分放大电路的作用对输入交流正弦信号进行放大，保证输出信号电压值在A/D转换器的信号幅度范围内，而且便于处理时值更精确。
根据DDS产生的两种相位恰好相反地波形作为高速运放OPA2227的两端输入信号构成的差分电路，恰好将直流分量相抵消而幅值倍数翻倍，达到适合的幅值。
如图2所示。
2.4 峰值检测电路
峰值检测电路的目的是检测模拟交流正弦信号的真有效峰值。
AD637的输入信号是被测网络经I/V转化得到的正弦电压信号，通过高精度外围设备将正弦信号的峰值转化为其模拟直流真有效值。
由于输出信号中有负电压值，就需要给该信号叠加直流量，将负电压部分信号抬高至零电平以上[8]，使信号满足AD7799的正常工作电压。
具体电路如图3所示。
2.5 A/D转换电路
本设计在数据的测量部分采用A/D转换电路来采集峰—峰值信号，将电压信号经A/D转换为数字量送入处理部分进行数据处理。
A/D转换电路使用的是高速24位A/D转换器AD7799，另外采用ADR421给AD7799一个稳定的基准电压[9]使其正常工作。
AD7799的测量精度可达■，因此本设计输出参数值精度很高。
A/D转换电路如图4所示。
2.6 其他硬件电路
键盘控制模块：该系统选用4×4的矩阵键盘，键盘的作用分别0～9十位数字键，确认和取消键，元器件参数显示、换屏、扫描键，便于系统的操作。
LCD液晶显示电路：该设计采用12864液晶实时显示测量数据值同时配合键盘进行频率预设参数的设置。
带中文字库的LCD12864液晶[10]是一种高性能显示模块，利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
单片机的P5口与12864液晶的数据口连接，用于数字信号的读取，P4.4，P4.5作为液晶显示模块的读/写控制信号端口，P4.6作为LCD的片选端口。
3 软件设计
本系统的软件是分为五个模块：显示部分，控制预计算部分，信号源部分，键盘部分，AD转换部分。
电压的测量是通过软件控制AD对取样电压进行采样，然后送入单片机中进行处理与运算，求得一端口网络的电压值和电流值，则可以求得阻抗值。
相位角是通过对CPLD编程操作实现一个计数器功能，将两路信号进行异或，相位差的部分为高电平，此时通过计数器对参考脉冲进行计数得到脉冲数，再与单片机通信将此数交给单片机处理，由单片机根据参考脉冲的周期算出相位角。
显示数据是通过液晶显示。
键盘中断服务程序与定时器中断程序如图5和图6所示。
由于信号源的幅值不稳定会造成峰值检测电路的有效值不精确，不能使电压保持在稳定的峰值，从而导致误差，进而导致阻抗模的误差产生。
通过对所求数据分析，在软件中做相应的补偿措施使结果更接近真实值。
4 结语
本文设计的以MSP430F149单片机为主控核心的简易阻抗测量仪，在软硬件有机结合下，可以满足所要求的参数值的测量、频率的显示、被测网络的类型等功能，运行可靠稳定。
测试表明简易阻抗测量仪具有实时采样显示、任意设置信号频率、测试精度高等功能。
该测量仪能够实现电阻电容电感元件各参数的实时测量和自动识别、连接方式的判断和谐振频率的测试等功能。
该系统简单、功耗低、智能化水平和精确度高，而且还具有强大的信号实时处理分析、自动识别计算和参数显示等优点。
对于工厂生产和电子实验室的应用有着广阔的前景和使用价值。
【参考文献】
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