【正文】 。7 模擬開關(guān) 8 89C81 單片機(jī) 11 LED 數(shù)碼管顯示器 19 4 軟件設(shè)計(jì) 21 主程序 流程圖 21 頻率的測量方法和誤差分析 21 穩(wěn)定讀數(shù) 24 5 總結(jié) 25 參考文獻(xiàn) 26 致 謝 27 附 錄 28 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 引言 課題的目的和意義 現(xiàn)在我們所使用過的 RLC測試儀最典型的就是萬用表，但是萬用表在使用過程中如果操作不當(dāng)非常容易產(chǎn)生誤差，隨著社會的發(fā)展測試儀的應(yīng)用越來越廣泛，我們發(fā)現(xiàn)儀表模式的測試儀使用起來越來越不方便。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，軟件技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試?yán)碚?、新的測試方法、新的測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能，價(jià)格，發(fā) 展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。 當(dāng)今社會，對 RLC的測試雖然已經(jīng)很成熟了，但是價(jià)格和操作簡單特別是智能方面有待發(fā)展，價(jià)格便宜和操作簡單、智能化的儀表開 發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間，本設(shè)計(jì) 正是應(yīng)社會發(fā)展的要求，研制出一種價(jià)格便宜和操作簡單、自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程、體積更小、功能強(qiáng)大、便于攜帶的 RLC測試儀，充分利用現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)，研究了基于單片機(jī)的智能 RLC測試儀，人機(jī)界面友好、操作方便的智能 RLC測試儀，具有十 分重要的意義。本設(shè)計(jì) 是用振蕩電路把RLC的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率，再用單片機(jī)計(jì)算頻率，然后對其值進(jìn)行補(bǔ)償后再顯示 RLC的值，所以用起來非常方便而且價(jià)格便宜、精確度高，測量誤差保持在 5%以內(nèi)。 本設(shè)計(jì) 是基于 8051單片機(jī)控制的智能 RLC 測試儀，利用單片機(jī)對 R、 L、 C 的參數(shù)進(jìn)行測量，可以充分利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，方便地實(shí) 現(xiàn)測量，使測量精度得到提高。同時(shí)用軟件程序代替一些硬件測量電路。 能夠很好的完成對 RLC參數(shù)的測量，以滿足現(xiàn)代測控系統(tǒng)的需要。本儀表通過插值算法使測量結(jié)果精度得到了有效的提高，同時(shí)通過數(shù)字慣性濾波法 避免了讀數(shù)的跳動(dòng)，使得讀取測量結(jié)果更加方便。 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)帶數(shù)字顯示的電阻， 電容 和電感 測試儀。采用 89C51單片機(jī) 為主要控制環(huán)節(jié)，通過振蕩電路把參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率信號，再由模擬開關(guān)控制輸入信號，并通過單片機(jī)對輸入的信號進(jìn)行計(jì)數(shù)和運(yùn)算，最后在 LED數(shù)碼顯示管上顯示出被測原件的大小 。 并通過發(fā)光二極管指示出原件的類別和單位。 技術(shù) 要求 測量范圍：電阻 100歐姆到 1M歐姆，電容 100pF到 10000pF，電感 100uH到 10mH。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 測量精度： +5% 用 4位數(shù)碼顯示器，顯示測量數(shù)值，并用發(fā)光 二極管分別指示所測原件的類別和單位 。 測量量程能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 有設(shè)計(jì)方案比較，理論分析和計(jì)算，測試結(jié)果分析。 擬解決關(guān)鍵問題 (1) 對 RC震蕩和 LC三點(diǎn)式振蕩的振蕩器的設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算。 在設(shè)計(jì)中要把電子元件的集中參數(shù) R、 C、 L轉(zhuǎn)換成頻率信號，而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的原理分別是 RC震蕩和 LC三點(diǎn)式振蕩。所以要對振蕩器進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換才能進(jìn)行下面的工作。 (2) 8051單片機(jī)的軟件 程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。 經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的信號要經(jīng)過計(jì)數(shù)和運(yùn)算才能得到我們所需要的數(shù)值，這就需要我們根據(jù)需要利用 8051 單片機(jī)進(jìn)行編程，同時(shí)這個(gè) 程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)也起著控制作用。這是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，要經(jīng)過反復(fù)的編寫程序和調(diào)試。 (3) 測量量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 (4) 減小測量的誤差。 課題的來源 隨著社會發(fā)展的需求，測試儀應(yīng)用的廣發(fā)，老式的測試儀越來越不能滿足社會的需求，基于這這一觸發(fā)點(diǎn)需要完成一套智能型的適應(yīng)需求的 RLC 測試儀。 課題的范圍 依據(jù)不同的劃分依據(jù)，可以將課題的范圍劃分為如下幾種： 以課題涵蓋的知識分類來說，課題涉及到 模擬電子學(xué)、數(shù)字電子學(xué)、單片機(jī)等學(xué)科，各學(xué)科的交織在一起，各自完成 著各自的功能，再有機(jī)的整各在一起，就形成了一個(gè)完整的具備 RLC測試 功能的系統(tǒng)。 以課題設(shè)計(jì)電路的類別來說，包涵硬件電路和軟件電路?，F(xiàn)時(shí)代的各種先進(jìn)儀器設(shè)備，均具備相同的一個(gè)特點(diǎn)，那就是軟硬件電路的整合。傳統(tǒng)意義上的硬件電路已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會日益發(fā)展的功能要求，而只有兩者相互結(jié)合的設(shè)計(jì)，各取所長，才能滿足設(shè)計(jì)的要求。 以課題設(shè)計(jì) 的用途來說，精度高，穩(wěn)定性好，體積小、隨身攜帶性強(qiáng)、重量輕巧 的系統(tǒng)更適用于各領(lǐng)域測試的需求 。 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 總體方案設(shè)計(jì) 方案一 RLC參數(shù)的測量方法主要有電橋法、諧振法和伏安法 電橋法 電橋法是能同時(shí)測量電器元件 R、 L、 C最典型的方法，如圖 1所示。電阻 R可用直流電橋測量，電感 L、電容 C可用交流電橋測量。電橋平衡的條件為 )*(2)*(1 21 **** xn jxjn eZZeZZ ???? ?? ? 圖 21 RLC 測量電橋 通過調(diào)節(jié)阻抗 Z Z2 使電橋平衡，這時(shí)電表 讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件及一些已知的電路參數(shù)就可以求出被測參數(shù)。用這種測量方法，參數(shù)的值還要通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動(dòng)，電橋平衡的判別亦難以用簡單的電路實(shí)現(xiàn)。這樣，電橋法不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。 諧振法 諧振 法可以用來測量 L、 C值，如圖 2所示。它可以在工作頻率上進(jìn)行測量，使測量的條件更接近使用情況。但是，這種測量方法要求的頻率連續(xù)可調(diào)，直至諧振。因此它對震蕩器要求較高，另外，和電橋法一樣，調(diào)節(jié)和平衡判斷很難實(shí)現(xiàn)智能化。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 24 M a y 2020 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ G ue s t \桌面 \ M y D e s i g r a w n B y :L0 C0C1VCx 圖 22 諧振法測量 L、 C原理圖 G Z1 Z2 Zx Zn 長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 伏安法 伏安法是測量電阻的最基本方法，如圖 23所示。分別用電流表和電壓表測出通過電阻的電流和電壓，根據(jù)公式 R=U/I求得電阻。這種測量方法要同時(shí)測出兩個(gè)模擬量，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。而指針 式萬用表歐姆擋是把被測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻及電池串聯(lián)，用電流表測出電流，由于被測電阻與電流一一對應(yīng)，由此就可讀出被測電阻阻值，如圖 24所示。這種測量的方法的精度變化大，若要較高的精度，必須較多的量程，電路復(fù)雜。 圖 23 伏安法測量電阻原理圖 圖 24 萬用表測量電阻原理圖 以上各種方法都難以實(shí)現(xiàn)智能化，因此沒有被本設(shè)計(jì) 采用。很多測試儀 都是把較難測量的物理量轉(zhuǎn)變精度較高且較容易測量的物理量?；诖怂悸?，我們把電子元件的集中參數(shù) R、C、 L轉(zhuǎn)換成頻率信號 f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后再運(yùn)算求出 R、 C、 L 的值 ，并顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是 RC震蕩和 LC三點(diǎn)式振蕩。其實(shí)，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差。 方案二 利用振蕩器把電子元件的集中參數(shù) R、 C、 L轉(zhuǎn)換成頻率信號， 通過模擬開關(guān)輸入， 然后通過單片機(jī)的計(jì)數(shù)和運(yùn)算求出 RLC的值，最終在顯示器上顯示出來。 方案選擇 方案二與方案一相 比較，方案二的產(chǎn)品比方 案一的產(chǎn)品體積小，操作簡單，應(yīng)用更加廣泛。 而且成本也較低， 功能強(qiáng)大、便于攜帶。且精度高，適應(yīng)儀器發(fā)展的需求。 基于以上，我們選擇第二種方案。 系統(tǒng)原理框圖 系統(tǒng)原理框圖如圖 25所示。 A V Rx