【正文】 目 錄 I 摘 要 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中， 以 MCS51 單片機(jī)為核心的 電阻 、 電容 、 電感測試儀 ，將 電阻，電容，電感 ，使用對應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測量。其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入STC89C52 的計(jì)數(shù)端端，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測頻率，再通過該頻率 計(jì)算出被測參數(shù)。 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以 Keil51 為平臺，使用 C 語言編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊。 最后，實(shí)際制作了一臺樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了測試，結(jié)果表明該樣機(jī)的功能和指標(biāo)得到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) ， 555 多諧振蕩電路 ， LCD 顯示 模塊，電容三點(diǎn)式振蕩 目 錄 1 前言 ............................................................. 4 設(shè)計(jì)的背景及意義 .............................................. 4 電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 .................... 4 本設(shè)計(jì)所做的工作 .............................................. 6 本論文的結(jié)構(gòu)安排 .............................................. 6 2 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................. 7 電阻、電容、電感測試儀設(shè)計(jì)方案比較 ........................... 7 系統(tǒng)的原理框圖 ............................................... 7 3 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................. 9 MCS51 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) ...................................... 9 顯示 電路與 按鍵 電路的設(shè)計(jì) .................................... 10 測量電阻、電容電路的設(shè)計(jì) .................................... 13 555 定時(shí)器簡介 ......................................... 13 測量電阻電路的設(shè)計(jì) ..................................... 16 測量電容電路的設(shè)計(jì) ..................................... 17 測量電感電路的設(shè)計(jì)及仿真 .................................... 18 測量電感電路的設(shè)計(jì) ..................................... 18 測量電感電路的仿真 ....................................... 多路選擇開關(guān)電路的設(shè)計(jì) ...................................... 19 4 電阻、電容、電感測試儀的軟件設(shè)計(jì) ................................ 21 I/O 口的分配 ................................................ 21 主程序流程圖 ................................................ 21 頻率參數(shù)計(jì)算的原理 .......................................... 23 5 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試 ......................................... 25 PROTEL99SE 的介紹與 PCB 板的設(shè)計(jì) ............................. 25 系統(tǒng)調(diào)試與系統(tǒng)測試 .......................................... 26 系統(tǒng)軟件調(diào)試 ........................................... 26 系統(tǒng)硬件調(diào)試 ........................................... 27 系統(tǒng)測試 ............................................... 27 6 結(jié)論與展望 ..................................................... 29 致謝 ............................................................. 30 參考文獻(xiàn) ......................................................... 31 目 錄 III 附錄 ............................................................. 32 附錄一 系統(tǒng)原理圖及 PCB ....................................... 32 附錄二 源程序 ................................................. 32 1 前 言 設(shè)計(jì)的背景及意義 目前，隨 著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。 通常 情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測量是把被測參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測量。 電阻測量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測量。 傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測 量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。 電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。 由于測量電阻，電容，電感方法多并具有一定的復(fù)雜性，所以本次設(shè)計(jì)是在參考555 振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計(jì)方案。是 嘗試用 555 振蕩器將被測參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率， 這里我們將 RLC 的測量電路產(chǎn)生的頻率送入 AT89C52 的計(jì)數(shù)端端，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出 被測頻率再通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。 電阻 、 電容 、 電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀 當(dāng) 今電子測試領(lǐng)域，電阻，電容和電感的測量已經(jīng)在測量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。 電阻 、 電容和電感測試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測量方法如下。電阻測量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測量。傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大 的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而 且通過測量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化電阻、電容、電感測試儀的系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 測量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離 法。 在我國 1997 年 05 月 21 日中國航空工業(yè)總公司 研究出 一種 電阻、電容、電感在線測量方法及裝置 等電位隔離方法，用于對在線的電阻、電容、電感元件實(shí)行等電位隔離，其特征在于， (1)將一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與其反相輸入端直接連接，形成一個(gè)電壓跟隨器； (2)將基準(zhǔn)精密電阻 (R)的一端與被隔離的在線元 件 (Z↓ [x])的一端通過導(dǎo)線連接，基準(zhǔn)精密電阻 (R)的另一端與信號源 (V↓ [i])或者地連接，被隔離的在線元件(Z↓ [x])的另一端通過導(dǎo)線與地或者信號源 (V↓ [i])連接，基準(zhǔn)精密電阻 (R)與被隔離的在線元件 (Z↓ [x])連接的一端同時(shí)與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接； (3)通過導(dǎo)線將運(yùn)算放大器的輸出端與線路板上所有的隔離點(diǎn) (C)連接，隔離點(diǎn) (C)的確定方法是：在線路板上凡是與被隔離的在線元件 (Z↓ [x])靠近信號源 (V↓ [i])的一端 (A)相連的電阻、電容、電感元件的另一端均為隔離端 (C)。 中國本土測量 儀器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸 。 盡管本土測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實(shí)際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為： 。 由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產(chǎn)品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測試則處于從屬和輔助位置。關(guān)于這一點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會對測試的重視度不夠，從而造成測 試儀器方面人才的嚴(yán)重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究比較薄弱，這是中國測量儀器發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。實(shí)際上，即便是研發(fā)隊(duì)伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。 。 本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營銷模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進(jìn)公司之間的差距，國內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng) 用的研發(fā)的過渡。特別是隨著國內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應(yīng)該利用這些動力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。 。 由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒有跟上需求的快速發(fā)展，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。所以，還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要的位置。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土 儀器發(fā)展的因素。 近年來 我 國測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進(jìn)步，特別是通用電子測量設(shè)備研發(fā)方面，與國外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機(jī)遇。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中 國的測試測量儀器每年都以超過 30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品 。 本設(shè)計(jì)所做的工作 本設(shè)計(jì)是以 555 為核心的振蕩電路，將被測參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率，并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算頻率，所以，本次設(shè)計(jì)需要做好以下工作： (1)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理等資料。 (2)學(xué)習(xí) PROTEL99E, 等工具軟件的使用方法。 (3)設(shè)計(jì)測量電阻，電容，電感的振蕩電路。 (4)設(shè)計(jì) LCD 電路。 (5)設(shè)計(jì)測量頻率程序，設(shè)置程序。 (6)用 PROTEL 軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。 (7)安裝和調(diào)試，并進(jìn)行實(shí)際測試，記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。 (8)撰寫畢業(yè)論文。 (9)完成英文翻譯。 本論文的結(jié)構(gòu)安排 本論文的結(jié)構(gòu)安排為：第 1 章 前言，第 2 章 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，第 3 章 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，第 4 章 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的軟件設(shè)計(jì)，第 5 章 PCB 板的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)的調(diào)試，第六章 結(jié)論與展望。 電阻、電容、電感測試儀的系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電阻 、 電容 、 電感測試儀設(shè)