【正文】 5110指令格式分為兩種模式如圖 。 30 、 測(cè)試方案 將待測(cè)的電阻、電感、電容先由高頻導(dǎo)納電橋測(cè)量并記錄其精確值， 再將待測(cè)元件接入本設(shè)計(jì)的 RLC測(cè)量?jī)x。 圖 測(cè)量時(shí)液晶顯示 、電阻測(cè)試 在測(cè)試前將每個(gè) 電阻元件 0R 經(jīng)高頻導(dǎo)納電阻測(cè)量其精確值，然后再由系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試測(cè)量得出電阻值 1R ， 再進(jìn)行誤差分析誤差值 α為 %100||001 ??? R RRα () 設(shè)計(jì)采用了八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻檔位， 其它檔位間距相應(yīng)減小， 測(cè)量結(jié)果更加精確。 如 將精確 10nF 的 電容 接入 測(cè)量 系統(tǒng) 結(jié)果顯示如圖 所示。 電感測(cè)量數(shù)據(jù)表 。能用普通的鋰電池進(jìn)行供電，實(shí)現(xiàn)了便攜式設(shè)計(jì)。 可以使用更高精度的正弦波發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，后續(xù)的測(cè)量電路和相敏檢波 電路信號(hào)的效果會(huì)更好，如果能同時(shí)改用更高位的 AD代替MSP430G2553單片機(jī)內(nèi)部 AD為 10位 會(huì)有 更佳的效果。從前期的選題，收。掌握了整個(gè)硬件、軟件的開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)調(diào)試流程，提高了動(dòng)手能力。 采用 MSP430G2553作為微處理器控制整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行。但在是整體測(cè)試上達(dá)到設(shè)計(jì)要求。雖然測(cè)量精度有所不同，但整體在5%以下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。電阻 測(cè)量數(shù)據(jù)如表 。 、測(cè)試結(jié)果及分析 在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)將自動(dòng)分辨從 Nokia5110液晶顯示出來(lái)。如果 D/C置為高，為數(shù)據(jù)字節(jié)，同時(shí)接下來(lái)的字節(jié)將存儲(chǔ)到顯示數(shù)據(jù) RAM。在水平尋址模式 (V=0)， X地址在每個(gè)字節(jié)之后遞增 ,經(jīng)最后的 X地址 (X=83)之后， X繞回 0， Y遞增到下一行的地址。 val1=val1+a。 //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 a=ADC10MEM。ADC10BUSY)。 圖 ADC10轉(zhuǎn)換過(guò)程圖 圖 ADC10模塊的 結(jié)構(gòu) 框 圖 28 ADC10初始化設(shè)置實(shí)例程序如下 : void ADC10_init(void) { ADC10CTL0|=ADC10ON+MSC+ADC10SHT_2+SREF_0。只有在 ENC=0時(shí)， ADC10的控制為才可以被改變，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前 ENC位必須設(shè)為 1。 具有多路外部輸入通道，可選時(shí)鐘源，自動(dòng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制器。模塊的 結(jié)構(gòu) 框 圖如圖 。 26 __delay_cycles(10000000)。 Nxr=val1509。=~G。//延時(shí) 1s等待 輸出穩(wěn)定 ADC10_sample()。=~F。 __delay_cycles(10000000)。=~F。整個(gè)測(cè)量過(guò)程檔位轉(zhuǎn)換實(shí)例程序如下所示 ,測(cè)量四個(gè)狀態(tài)參數(shù)。 由真值表可以 開(kāi)關(guān)接通哪一通道，可由單片機(jī)編程控制 3位地址碼 ABC來(lái)決定。 //不要中斷定時(shí)中斷 } 圖 定時(shí)器 A結(jié)構(gòu)圖 、 測(cè)量狀態(tài) 控制軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用了兩種模擬 開(kāi)關(guān) CD4051和 CD4053， 通過(guò)單片機(jī)編程控制開(kāi)關(guān)的通與斷實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量過(guò)程的進(jìn)行。 23 定時(shí)器 A產(chǎn)生 PWM波的實(shí)例程序如下 ； void TA1_init(void) //1MHZ PWM波 輸出 { TA1CCR0=7。配置捕獲比較控制 寄存器 TACCTL1使定時(shí)器 A處于輸出模式，各輸出模式配置后輸出波形如圖 。 DCOCTL = CALDCO_8MHZ。 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)計(jì)實(shí)例程序如下所示。 這些時(shí)鐘可以在指令的控制下 寄存器相應(yīng)功能的 打開(kāi)和關(guān)閉， 由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。通過(guò)配置相應(yīng)的寄存器就能使用想要的系統(tǒng)時(shí)鐘。據(jù)此值，單片機(jī)進(jìn)行四則運(yùn)算求出待測(cè)值。因?yàn)?采用的是雙 π/4脈沖積分檢相原理 ，所以 兩路濾波器出來(lái)的差模信號(hào)才是對(duì)應(yīng)被測(cè)電壓在坐標(biāo)軸上的投影值，經(jīng)過(guò)差分運(yùn)放再次放大。 圖 雙 π/4脈沖積分鑒相原理圖 由雙 π/4脈沖積分鑒相可推導(dǎo)出測(cè)量電壓在 x軸方向的投影為 ? ? ? ?? ? ? ?0000 c o s2c o sc o s2 ???? πATAI ??? () 在虛軸方向上的投影為 18 ? ? ? ?? ? ? ?000 s i n2s i ns i n22 ??? ππ ATATQ ????? () 相敏檢波電路圖如圖 。相敏檢波有 由 模擬開(kāi)關(guān)組成，控制模擬開(kāi)關(guān) 開(kāi) 與斷 ，即 0176。 xU 和 SU 分別被差分放大器放大后 ，便通過(guò)開(kāi)關(guān)輸入到放大器進(jìn)行再次放大，放大器的增益可通過(guò) 選擇 模擬開(kāi)關(guān) 不同的工作方式加以控制。此電路的基準(zhǔn)電阻由八個(gè)檔位構(gòu)成 用來(lái)改變測(cè)量量程 ，分別為 、 100Ω、 500Ω、 、 10KΩ、 50KΩ、 220KΩ、 680KΩ， 16 各個(gè) 電阻之間基本相差 5倍關(guān)系，測(cè)量電阻 XR 的范圍與各當(dāng)為基準(zhǔn)電阻 R的關(guān)系為 RRRX 2552 ?? () 這樣提高了換擋的精確度，使個(gè)器件的測(cè)量 達(dá)到正確的檔位上去。儀表運(yùn)放 INA128放大待測(cè)原件上的差分電壓和基準(zhǔn)電阻上電壓。用電壓跟隨器作為緩沖級(jí)，以加強(qiáng)對(duì)后面電路的驅(qū)動(dòng)能力。 Q Q Q Q4四個(gè)三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)， MSP430單片機(jī) 可控制二階低通 RC無(wú)源濾波器的截至頻率。 MAX293是在截止頻率可控的八階巴特沃斯濾波器。 電路中電容 C2 C2 C2 C29 是濾除芯片 74HS390 和74HC164 的電源紋波。 74LS390 可實(shí)現(xiàn) 2 分頻、 5 分頻、乃至 100 分頻的任何累加倍數(shù)的周期長(zhǎng)度 ,邏輯圖如圖 所示。 正弦波作為前端測(cè)試電路的激勵(lì)信號(hào)，根據(jù) 自由軸法測(cè)量 阻抗的 相關(guān)計(jì)算 ，選擇是否放大基準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻兩端的電壓，將放大到合適范圍內(nèi)的電壓信號(hào)進(jìn)行相敏檢波， 然后通過(guò) ， MSP430單片機(jī)進(jìn)行 A/D采樣存儲(chǔ)經(jīng)過(guò)微處理器的四則運(yùn)算，即可求出最后的待測(cè)參數(shù) 。功耗超低，可用電池供電， 實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)計(jì)。 在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá) A ，在 RAM保持模式下，最低可達(dá) A， 另外， MSP430系列單片機(jī)的 中斷 源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 方案一乘法 型 D/A鑒相前端的直流容易產(chǎn)生漂移，乘法器中的直流也會(huì)產(chǎn)生漂移，造成的噪聲處理和濾波都很麻煩所以不選乘法型D/A鑒相。 同時(shí)由模擬開(kāi)關(guān)選擇不同 ,控制運(yùn)算放大器 OPA704的工作方式 ， 實(shí)現(xiàn)運(yùn)放工作在跟隨狀態(tài) ， 還是構(gòu)成 同相輸入比例運(yùn)算電路 實(shí)現(xiàn)放大作用 。 同時(shí) 儀用放大器 還具有 線性誤差小 輸入阻抗高等特性， 為精確測(cè)量電路提供了保障。 綜合考慮后我們選擇方案二。單片機(jī)利用 AD 8 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集運(yùn)算，判別基準(zhǔn)檔位選擇，達(dá)到最佳效果，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檔位選擇，實(shí)現(xiàn) RLC高精度自動(dòng)測(cè)量。 由 于鑒相器要求被測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率相同，同時(shí)兩個(gè)信號(hào)相互正交 (相 位相差 90176。故選擇方案二。如定時(shí)器 A最多擁有 3個(gè)捕獲、比較器可支持捕獲、比較功能、 PWM輸出和定時(shí)器功能。 數(shù)字波形存儲(chǔ)器可由 FPGA芯片內(nèi)嵌的 ROM進(jìn)行波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在 FPGA地址變量的尋址下， ROM輸出按正弦規(guī)律變化的數(shù)字量。 iN 是 iU對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。相位關(guān)系，以 得到預(yù)期的 坐標(biāo)軸上 投影分量，由 A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量經(jīng)接口電路送到 微處理器 系統(tǒng)中存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò) 微處理器的 四則運(yùn)算，即可求出最后的待測(cè)參數(shù)。則分別測(cè)出 XZ 和 SZ 兩端的電壓相量 XU 和SU ，便可通過(guò)計(jì)算得到待測(cè)阻抗 SSSXX UjUU jUUZUUU 43 21 ????? () 其中 XU 的大小反映了流經(jīng)被測(cè)阻抗 XZ 上電流相量 XI 的大小。 方案論證與選擇 、系統(tǒng)總體方案 伏安法是 RLC自動(dòng)測(cè)量最經(jīng)典的方法之一，它的測(cè)量原理來(lái)源于阻抗的定義。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的 模擬電路 、 數(shù)字電路 模塊和 微處理器 集成在一個(gè)芯片上，為各種便攜式設(shè)備儀器提供 “單片”解決方案。 矢量 自由軸法可將復(fù)數(shù)變換成是實(shí)數(shù)的計(jì)算。 ② 諧振法： 要求較高頻率的激勵(lì)信號(hào)，一般不容易滿足高精度的要求。 RLC 測(cè)量方法各自有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的設(shè)計(jì)方法。 設(shè)計(jì)者往往不選這種設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)在設(shè)計(jì)者們采用數(shù)字信號(hào)處理的方法逐漸替代了傳統(tǒng)模擬測(cè)量信號(hào)相位、頻率、幅度信息，降低了模擬器件的使用量和系統(tǒng)復(fù)雜程度，便于智能化控制。 如高頻 LCR數(shù)字電橋，該產(chǎn)品是一種高準(zhǔn)確度，寬測(cè)試范圍的 LCR測(cè)量?jī)x，有液晶顯示屏，全中文菜單。無(wú)論是日常生活乃至航空航天和軍事領(lǐng)域高端科技領(lǐng)域，電子技術(shù)的應(yīng)用均日益深入。 關(guān)鍵字 ： 自由軸； RLC； MSP430G2553； 低功耗 Abstract: This paper is based on vector free shaft method of RLC measuring instrument design. Use of low power consumption MSP430G2553 SCM and Nokia5110 liquid crystal display measurement resistor, capacitor, inductor and related auxiliary variable. This system is posed of homemade power supply, the reference phase generator, sine wave generator, leads the measurement circuit, the amplification circuit, phasesensitive detection circuit and MSP430G2553 minimum system position. The MSP430G2553 SCM PWM output function and internal 10 AD respectively square wave signal generation and AD data acquisition. Lead measurement circuit by very standard resistance and high precision instrument opamp position, through the singlechip II microputer and analog switch can automatically choose corresponding standard resistance grades and amplification control, make the small impedance signal can accurate sampling, the realization of automatic measurement. The system adopts double π / 4 pulse integral phase theories, bined with vector free shaft method improves the RLC the accuracy of measurement. Key words: Free shaft。該系統(tǒng)由自制電源、基準(zhǔn)相位發(fā)生器、正弦波發(fā)生器、前置測(cè)量電路、放大電路、相敏檢波電路與 單片機(jī) 最小系統(tǒng)等構(gòu)成 超低功耗 。 放大電路方案論證 ................................................................................ 9 相敏檢波方案論證與 選擇 ........................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 Abstract .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。對(duì)論文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人 和集體均已在文中以明確的方式標(biāo)明。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的成果。 關(guān)鍵字 ............................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 基準(zhǔn)相位發(fā)生方案 論證與選擇 ............................................................ 7 前置測(cè)試電路 方案論證 ........................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 采用 的是 超低 功耗 MSP430G2553單片機(jī)和 Nokia5110液晶顯示測(cè)量電阻、電容、電感及相關(guān)輔助變量。系統(tǒng)采用雙