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简易电阻电容和电感测试仪的设计说明

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word格式版本 “电子系统设计” 课程设计报告

设计课题：简易电阻电容和电感测试仪的设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 设计时间：

评阅意见

物理与机电工程学院 评阅意见： word格式版本

简易电阻电容和电感测试仪的设计 一、设计任务与要求 1. 能够自动辨识出被测元件是电阻、电容还是电感，并实时显示元件的阻值、容值和感值的大小。 2. 能够实现电阻、电容和电感测量的自动切换,并实现量程的自动切换。 3. 电阻、电容和电感的测量误差均小于0.5%。 基于以上分析，采用模块设计的方案实现系统的各项功能，系统主要由主控制器部分、数据测量部分、A/D采样部分、语音播报和显示部分，具体的实现方案如系统主框图1所示：

主控制器数据测量

A/D采样显示模块

语音模块

电 源 图1 系统主框图

二、系统设计方案

1. 主控制器的选择 在主控制器的选择上我们有以下两种方案：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心和基于单片机技术的控制方案。 上述两种控制方式除在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，实现效果及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA将器件功能在一块芯片上，其外围电路较少，集成度高。而单片机技术成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中实时显示，单片机的资源已经能满足设计的需求，而FPGA的高速处理的优势在这里却得不到充分体现，因此本设计的控制方案模块选用基于单片机控制方案。我们选择技术成熟，性价比高的AT89S52单片机作为主控制器，同时采用凌阳其部系统时钟频率为11.0592MHz，执行一个单周期指令所需时间为仅83nS，满足本系统的软件编写需求。 2.数据测量方案的选择 目前常用的智能RLC测试方法主要是阻抗-相角法和V-I复数法。V-I复数测量法，其基本思想是：根据电阻、电容、电感的复数表示形式，设法测出在固定幅值和相位值的电压下，流经被测电抗元件的电流幅度值和相位值，然后由CPU计算出元件的各项指标，如串联等效、并联等效等。阻抗-相角法即用被测元件与已知两个固定阻抗相串联，两次测量Vi与Vo的之间的相位差，由仪器实测正弦波的频率，然后由CPU计算出阻抗值，其硬件电路简单且易于调试。 基于以上分析可得：V-I复数测量法虽然测量的基准度高，但同时对单片机计算能力的要求更高，不易实现，所以在本系统的设计中采用易实现的阻抗-相角法。 3. A/D采样和语音播报 word格式版本

结合赛题，实现对所测元件的电压值进行A/D采样并实时进行语音播报，而A/D采样常用的是使用ADC转换芯片对数据进行采集，这种A/D转换器根据逐位逼近的方法产生数据的,在测量上存在一定的误差，所以为提高本系统的数据测试精准度，采用凌阳SPCE061A单片机作为从控芯片，该单片机置8路10位ADC，计算能力强，避免了外界A/D转换芯片存在的误差，提高数据采集的精确度，同时该开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可用于语音的采集和播报，集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播报比较简单，解决由语音芯片播放语音不清楚的问题。 4. 显示设备的选择 本模块的主要功能是能实时显示描述系统状态的各种信息状态。LCD不仅显示信息量大，画面效果好，节省I/O口，所以系统设计的显示部分选择液晶屏128×64LCD显示。 5. 系统设计与实现 经过仔细分析与论证，选用系统各模块的最终方案如下： （1）控制器模块：采用单片机AT89S52控制，且5V供电，符合工作条件。 （2）数据测量模块：采用阻抗-相角法实现。 （3）A/D采样模块：采用凌阳单片机部AD （5）语音播报模块：采用凌阳单片机集成语音播报 （4）显示模块：采用LCD12864液晶屏显示。

三、单元电路分析与设计 1. 数据测量电路 采用阻抗-相角法把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值。 （1）测量电阻： 电阻的测量采用"脉冲计数法"，如下图所示由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阻的大小。 该电路可以测出量程在100Ω～2MΩ的电阻。该电路的振荡周期为：

12(2)()(2)(2)(2)xxxTttInRRCInRCInRRC

其中1t为输出高电平的时间，2t为输出低电平的时间。

图2 测电阻多谐振荡电路 图2

为了使振荡频率保持在10~100KHz这一段单片机计数的高精度围，需选择合 word格式版本

适的C和R的值。取120,2200RKCpf，得到)2()2(ln1XRRCf， 我们将电路分为两档： 第1档：100Ω≤Rx≤1000Ω：I/O2为高电平输出，I/O4为低电平输出，R1=20K

Ω,C2=2200pf.此时 (6.56(16))/(2*)330/2Rxefx

,相应的电阻围在

2.8K-16K 第2档：1000Ω≤Rx≤1MΩ:I/O1高电平输出，I/O3为低电平输出，R2=330

Ω,C2=0.01uf.此时(1.443(18))/(2*)(14)Rxefxe （2）测量电容： 电容的测量同样采用"脉冲计数法"，如下图所示由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。

图3 测电容多谐振电路 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：测量电容的振荡电路与测量电

阻的振荡电路完全一样。取R11=R12=91K，则13(ln2)XfRC，其分析过程如测量电阻的方法一样。最后测得电容的围为10Pf —10uF可以满足精度要求。 （3）测量电感： 电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的，如图所示。

图4 电容三点式振荡 word格式版本

振荡公式：12fLC，其中： 4545CCCCC 则电感的感抗为：2214LfC 在测量电感的时候，随着电感值的降低，其频率越来越高，最小的1.2uH电感频率达到4.3MHz左右，而单片机的最大计数频率大约为500KHz，在频率方面达不到测量电感频率，于是我们把测电感的电容三点式电路得出的频率经过74LS197对该频率进行16分频满足单片机计数要求。 2. 语音播报电路 语音播报测量结果，当测试结果显示相对较稳定后开始播报测试结果。具体电路如下图所示：

图5 凌阳语音播报电路 3. 液晶显示电路 LCD12864液晶屏有串行和并行两种工作方式，并行占用的I/O口较多（8个数据端口和3个控制端口），而串行只需要两个I/O口（1个时钟端口，1个数据端口）。考虑到AT89S52单片机的I/O口只有32个，为了节省I/O口，我们采用串行方式显示，LCD12864串行工作方式的端口连接图如图6所示，SID为串行数据端口，SCLK为串行时钟端口。

图6 LCD12864串行工作方式端口连接图 四、软件部分设计 软件设计主流程如下图所示： word格式版本

开 始系统初始化

识别是否为R识别电阻、电容、电感

识别是否为C识别是否为LN

NN

Y计算结果并显示

计算结果并显示计算结果并显示Y

Y 图7 软件设计流程图 五、系统测试与分析 1. 测试仪器 本次测试使用的仪器设备如表1所示 表1 测试用仪器设备 序号 名称,型号,规格 数量 备注

1 数字示波器 1 Tektronix TDS1012 2 数字万用表 1 虞城华星量具 3 信号发生器 1 新联电子设备

2. 测试方法与结果 （1）电阻测试 表2 电阻测量分析表 被测电阻测量值 被测电阻实际值 误 差 2.012MHz 2.0094 MHz 4.08% 910.28KHz 910.11 KHz 0.18% 508.78KHz 510.02 KHz 2.43% 100.09KHz 100.02 KHz 0.99% 91.143KHz 91.092 KHz 0.55% 51.112 KHz 51.089 KHz 0.45% 2.0004KHz 2.0011 KHz 0.34% word格式版本

（2）电容测试 表3 电容测量分析表 被测电容测量值 被测电容实际值 误 差 20.003P 20P 0.15% 29.991P 30P 0.03% 100.09P 100P 0.9% 1000.03P 1000P 0.3% 2199.974P 2200P 0.13% 10nF 10000P 0 99.979nF 100000P 0.21% 1.0031nF 1000000P 0.31% （3）电感测试 表4 电感测量分析表 被测电感测量值 被测电感实际值 误 差 1.2Uh

3.测试分析 我们通过将电阻、电容、电感分别接至测试系统，经过理论值计算和实际测量，本次设计的RLC测量系统的精度可以达到赛题要求。在测试电感的时候，发现误差总是很大，经分析电感的感抗计算公式为： ，第一点影响是π的值；第二点是LC振荡电路中由于硬件之间的布线、焊接等等产生了一些杂波信号，导致计算误差。而测试电阻和电容则误差很小，精度高。 六、总结 本系统以单片机AT89S525芯片为核心部件，利用检测技术，配合软件算法成功地实现了本题的基本要求和发挥部分中除被测元件量程的自动切换外的所有功能。系统的设计难点在于如何对电阻、电容、电感进行区分和自动测量，同时对于不同的电抗元件值的大小进行量程的切换。本次设计的创新之处，通过A/D采样实现对接入的电抗元件进行高速精确测量，同时对实时插入的电抗元件，使用语音播报，实现了真正智能化的RCL测量系统。 本电阻、电容、电感测量系统设计的不足之处在于制作的电容三点式振荡电路，精准度不高，导致在发挥部分中，测量电感以及自动切换量程时，还会出现一些误差，同时加之外界环境的干扰，使得电感的测量值无法精确的更好。经过这四天三夜的比赛，让我对之前学习的高频原理和信号处理知识，又有了更深一

2214LfC

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电阻电容电感测试仪

电阻电容电感测试仪

简易电阻、电容、电感测试仪1.1 基本设计要求(1)测量周长：电阻100Ω～1MΩ；；电容100pf～10000pf；电感为100μh～10mh。

(2)测量精度：5%。

(3)做4位数码管显示，显示测量值。

原理框图1.2 设计要求发挥作用(1)扩大测量范围；(2)提高测量精度；(3) 量程自动转换。

本系统采用555多谐振荡器电路将电阻、电容参数转换为频率，电感通过电容的三点振荡转换为频率，使模拟量近似转换为数字量，频率f 为数字量单片机可轻松处理，测量精度高，易于实现自动化。

而且，由单片机组成的应用系统具有很高的可靠性。

系统扩展和灵活的系统配置。

什么样的应用系统容易构建，应用系统的软硬件利用率高。

单片机可编程，硬件的功能描述完全可以用软件实现，设计时间短，成本低，可靠性高。

综上所述，将振荡电路与单片机结合实现电阻、电容、电感测试仪更加简单可行，节约了成本。

因此，本设计基于单片机。

关键词: 单片机, 555多谐振荡器电路, 电容三点振荡一、 系统演示1. 电阻测试方案演示 方案一：电阻分压法。

图 1.1结构如图 1.1 所示。

待测电阻Rx 和参考电阻R 串联在电路中。

由于电阻分压的影响，当串联在电路中的电阻Rx 的阻值不同时，Rx 两端的压降也不同。

Rx 可以通过测量 Vx 获得。

)(X X X V VCC R V R -=这个方案的原理很简单。

理论上，只要参考电阻准确，您就可以测量任何电阻。

但在实际应用中，由于AD 的分辨率有限，当待测电阻非常大或非常小时，很难测量Rx 上的压降Vx ，从而缩小了测量范围。

为了提高测量范围和精度，需要分阶段测试电阻，提高AD 的分辨率。

这无疑会增加系统的复杂性和成本。

选项 2：桥接法。

图 1.2结构如图 1.2 所示。

Rx=R2*R3/R1电桥法又称零位指示法。

它采用归零电路作为测量指标，工作频率较宽，能在很大程度上消除或减弱系统误差的影响，精度高。

但是为了保证电桥的平衡，信号源的电压和频率要稳定，特别是波形失真要小，增加了硬件电路的难度。

电阻、电容、电感测量仪的设计

电阻、电容、电感测量仪的设计

电阻、电容、电感测量仪摘要：基于对元器件参数测量设计的电阻、电容、电感测量仪系统由主控制器部分、A/D采样部分、语音播报部分和显示部分组成。

设计以单片机AT89S52为主控核心器件，利用继电器对凌阳单片机实现控制，使其对放置元件端口进行高速A/D采样和语音播报，同时终端控制LCD液晶显示器实时显示当前的电抗元件参数值和性质。

测试结果表明：系统整体运行稳定，人机界面友好。

关键词：参数测量A/D采样语音LCD1引言分析赛题，本电阻、电容、电感测量仪系统需要实现如下功能：1）能够自动辨识出被测元件是电阻、电容还是电感，并实时显示元件的阻值、容值和感值的大小。

2）能够实现电阻、电容和电感测量的自动切换,并实现量程的自动切换。

3）电阻、电容和电感的测量误差均小于0.5%。

基于以上分析，采用模块设计的方案实现系统的各项功能，系统主要由主控制器部分、数据测量部分、A/D采样部分、语音播报和显示部分，具体的实现方案如系统主框图1所示：图1 系统主框图2系统方案设计与论证2.1主控制器的选择在主控制器的选择上我们有以下两种方案：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心和基于单片机技术的控制方案。

上述两种控制方式除在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，实现效果及复杂程度等方面也有显著的区别。

FPGA将器件功能在一块芯片上，其外围电路较少，集成度高。

而单片机技术成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。

鉴于本设计中实时显示，单片机的资源已经能满足设计的需求，而FPGA的高速处理的优势在这里却得不到充分体现，因此本设计的控制方案模块选用基于单片机控制方案。

我们选择技术成熟，性价比高的AT89S52单片机作为主控制器，同时采用凌阳其内部系统时钟频率为11.0592MHz，执行一个单周期指令所需时间为仅83nS，满足本系统的软件编写需求。

2.2 数据测量方案的选择目前常用的智能RLC测试方法主要是阻抗-相角法和V-I复数法。

简易电阻电容电感测量仪

简易电阻电容电感测量仪

简易电阻电容电感测量仪题目: 简易电阻、电容、电感测量仪专业: 电气工程系组号 : 第10组指导老师: 小组成员:1摘要针对万用表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。

所以这次设计一种简便的电容电感测量仪，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。

本次设计以单片机为控制核心，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1602液晶屏作为显示部分。

实验测试结果表明，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。

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一绪论 ..................................................................... ........................................................................ . (1)二电路方案的比较与论证 ..................................................................... .............................................................2 2.1 电阻测量方案 ..................................................................... ........................................................................ ..2 2.2 电容测量方案 ..................................................................... ........................................................................ ..3 2.3 电感测量方案 ..................................................................... ........................................................................ ..5 三硬件介绍 ..................................................................... ........................................................................ ................6 3.1 NE555的介绍...................................................................... ........................................................................ ..6 3.2 STC89C52的介绍 ..................................................................... ...................................................................8 3.3 1602液晶的介绍 ..................................................................... . (10)3.4 系统方框图: .................................................................... ........................................................................ .12 3.5 电阻测量电路的设计...................................................................... ..........................................................13 3.6 电容测量电路的设计...................................................................... ..........................................................14 3.7 电感测量电路的设计...................................................................... ..........................................................14 四软件流程 ..................................................................... ........................................................................ ..............16 4.1 主流程图 ..................................................................... ........................................................................ .........16 4.2 软件流程图 ..................................................................... ........................................................................ ....17 4.3 电阻测量电路仿真 ..................................................................... ...............................................................18 4.4 电容测量电路仿真 ..................................................................... ...............................................................19 4.5 电感测量电路仿真 ..................................................................... ...............................................................21 五、实验记录 ..................................................................... ........................................................................ ............24 5.1 实验数据记录 ..................................................................... ........................................................................24 5.2 电阻、电容和电感测量电路调试 ..................................................................... ....................................27 5.3 液晶显示电路调试 ..................................................................... ...............................................................27 六结语 ..................................................................... ........................................................................ .......................27 附件: .................................................................... ........................................................................ .. (28)一绪论在现代化生产、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。

简易电阻、电容、电感测量仪 ppt课件

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555定时器构成多谐振荡器
▪ 根据555定时器构成多谐振荡器，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。 由
得到公式：
f=1/ [(R1+2R2)*C*In2]
R2=1/2*[1/ (f*c*Ln2)-R1]
▪ 上述四种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度 极差，方案二电阻测量范围较窄，方案三需要测量的电阻 值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而 言，方案四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四。
这些因素导致电阻测量范围较窄。
▪ 方案三：直流单臂电桥
在《电工基础课》中已经讲到，根据电路平衡原理， 不断调节电位器，使得电表指针指向正中间，1 有以下关系 式成立：
R2
RX=
×R4
R3
Rx R4
R2 R3
D
E
S
图 直流单臂电桥原理图
R1
R3
◆优点：万用表操作简单但精度不高，直流单臂电桥的测
量精度较高；
禁止端 模拟信号接地端 数字信号接地端
电源+
CD4052接口电路
▪ CD4052真值表
▪ CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关，其使用真值 表如
引脚号 1245 11 12 14 15
9 10 3 13 6 7 8 16
CD4052各引脚分布图
CD4052引脚功能说明 符号
IN/N
INH VEE Vss VDD
CD4052引脚功能说明表
功能 Y 通道输入/输出端 X 通道输入/输出端
地址端 Y 公共输出/输入端 X 公共输出/输入端