【正文】 一套自己的設(shè)計(jì)方案。 傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。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)西勒電路 產(chǎn)生的， 并用 ARM 中定時(shí)器 1 的捕獲功能捕獲其頻率 ，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。 題目 基于 ARM 的電阻、電容、電感測(cè)試儀 系別 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 自動(dòng)化 09自動(dòng)化 092 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 提交時(shí)間 2020 年 1 月 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)實(shí)踐 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng) 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(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻，電容，電感的大小。 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以 CodeWarrior 為仿真平臺(tái)，使用 C 語(yǔ)言編程編寫(xiě)了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊。 通常 情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量是把被測(cè)參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。是 嘗試用 555 振蕩器將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率， 這里我們將 RLC 的測(cè)量電路產(chǎn)生的頻率 通過(guò) ARM 捕獲其頻率 ，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率再通過(guò)該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差 稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜，而且通過(guò)測(cè)量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。每當(dāng)提起中國(guó)測(cè)試儀器落后的原因，就會(huì)有許多不同的說(shuō)法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會(huì)對(duì)測(cè)試的重視度不夠，從而造成測(cè)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(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過(guò)很大作用，但無(wú)法滿(mǎn)足目前整體解方案流行年代的需求。 由于歷史的原因，中國(guó)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(méi)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。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。從中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過(guò) 30%以上的速度在快速增長(zhǎng)。 (3)設(shè)計(jì) 測(cè)量電阻，電容，電感的振蕩電路 。 (7)用 DXP 軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。 5 第二章 電阻 、 電容 、 電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較 電阻 、 電容 、 電感測(cè)試儀 的設(shè)計(jì)可用 多 種方案完成， 例如 利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算 器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等 、 使用 可編程邏輯控制器 (PLC)、 振蕩電路與 單片機(jī) 結(jié)合或 CPLD 與 EDA 相結(jié)合等等 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3)采用 CPLD 或 FPGA 實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的 VHDL 硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn) 電阻，電容，電感測(cè)試儀 的設(shè)計(jì)，利用 MAXPLUSII 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到 CPLD或 FPGA 可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。 容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)， 且 應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。 6 第三章 系統(tǒng)的原理框圖 本設(shè)計(jì)中， 考慮到 ARM 具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn)，擬采用 PLC2103 系列的 ARM 為核心 來(lái)實(shí)現(xiàn) 電阻、電容、電感測(cè)試 儀的控 制。 框圖各部分說(shuō)明如下 ： 1)控制部分 ：本設(shè)計(jì)以 ARM 為核心， 采用 PLC2103，利用其定時(shí)器的捕獲 功能以及所具備的中斷系統(tǒng) ，鍵盤(pán)顯示板 和 LED 顯示功能等。 2)通道選擇：本設(shè)計(jì)通過(guò) ARM控制的定時(shí)器 1 來(lái)捕獲被測(cè)頻率的自動(dòng)選擇 。 被測(cè)電阻 被測(cè)電容 被測(cè)電感 RC 振蕩電路 RC 振蕩電路 西勒電路 產(chǎn) 生 振 蕩 頻 率 ARM PLC— 2103 口 捕獲 LED 燈 數(shù)碼管顯示 按鍵選擇 圖 三 1 7 555定時(shí)器簡(jiǎn)介 555 定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。分壓器由三個(gè) 5KΩ的等值電阻串聯(lián)而成?；?RS 觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器 A A2的輸出端控制。當(dāng) uc上升到 時(shí)， A2輸出由 0 翻轉(zhuǎn)為 1，這時(shí) = =1， RS 觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。 uc按指數(shù)規(guī)律下降 ,當(dāng) 時(shí)比較器 A1輸出由 0 變?yōu)?1， RS 觸發(fā)器的 = =1，Q 的狀態(tài)不變， u0的狀態(tài)仍為低電平。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入，卻能 輸出矩形波，其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。圖（ C）所示電路輸出矩 形波的占空比 ： (35) 測(cè)量電阻電路的設(shè)計(jì) 定時(shí)器 555 是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量 R、 C 元件，就可以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。 電容 三點(diǎn)式振蕩 電路 又稱(chēng)考畢茲振蕩 電路 ，三點(diǎn)式振蕩電路是指： LC 回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的，而與發(fā)射級(jí)相連的兩個(gè)電抗元件同為電容式的三點(diǎn)式振蕩電路，也就 是 射同基反 的構(gòu)成原則 成為電容三點(diǎn)式振蕩電路。 數(shù)碼管顯示模塊： Timer0 為數(shù)碼管掃描使用 定時(shí)器。 單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量的原理如下圖所示。 17 2）被測(cè)電阻的調(diào)試， 按下 KEY2 鍵后 ，數(shù)碼管顯示被測(cè)電阻 100K 的阻值，測(cè)試儀電阻的單位為 1 歐姆，電阻顯示的結(jié)果如下圖所示： 3）被測(cè)電容的調(diào)試， 按下 KEY1 鍵后， 數(shù)碼管顯示被測(cè)電容 100uF 的示值 ， 測(cè)試儀電容的單位為 1nF，電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示： 18 4）被測(cè)電感的調(diào)試， 按下 KEY3 鍵后， 數(shù)碼管顯示被測(cè)電感 200uH 的示值 ， 測(cè)試 儀電感的單位為 1uH，電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示： 19 第四章 測(cè)試儀測(cè)試值分析： （ 1） 測(cè)試原理：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以 PLC2103 的 ARM 板為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀，將電阻、電容、電感，使用對(duì)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(cè)量。 （ 3） 測(cè)試儀器：示波器，萬(wàn)用表，穩(wěn)壓電源，計(jì)算機(jī)。所謂修正的方法就是在測(cè)量前或測(cè)量過(guò)程中，求取某類(lèi)系統(tǒng)誤差的修正值。通過(guò)對(duì)相同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量結(jié)果和不同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量選取平均值，最后確定被測(cè)參數(shù)公式的常數(shù) K值，從而達(dá)到減小本設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤差的目的。 23 錄一 圖 01 示波器顯示 555 多諧 振蕩波形 圖 02 電阻測(cè)試電路原理圖 24 圖 03 電阻測(cè)試 PCB 圖 圖 04 電感測(cè)試電路產(chǎn)生的波形 25 圖 05 電感測(cè)試電路的原理圖 圖 06 電感測(cè)試電路的 PCB 圖 26 附錄 二 源程序 如下： /****************************************Copyright (c)************************************************** ** jiangxiligongdaxue Development Co.,LTD. ** graduate school ** ** **File Info ** File name: ** Last modified Date: 20200115 ** Last Version: ** Descriptions: The main() function example template ** ** ** Created by: gongmingming ** Created date: 20200115 27 ** Version: ** 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