基于單片機(jī)(89c51)的高精度電阻電感電容測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)
【正文】 16位 AD 采樣直流分壓信號(hào)極為精確 . 電容測(cè)試結(jié)果分析 :電容測(cè)試最大誤差為 3%. 電感測(cè)試結(jié)果分析 :電感測(cè)試最大誤差小于 4%. 在實(shí)際測(cè)量中 ,由于測(cè)試環(huán)境 ,測(cè)試儀器 ,測(cè)試方法等都對(duì)測(cè)試值有一定的影響 ,都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果或多或少地偏離被測(cè)量的真值 ,為了減小本設(shè)計(jì)中誤差的大小 ,主要利用修正 [15]的方法來減小本測(cè)試儀的測(cè)量誤差 .所謂修正的方法就是在測(cè)量前或測(cè)量過程中 ,求取某類系統(tǒng)誤差的修正值 .在測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過程中選取合適 的修正值很關(guān)鍵 ,修正值的獲得有三種途徑 .第一種途徑是從相關(guān)資料中查取 。在角頻率為 w的交流信號(hào)的作用下電容電感獲得的容抗和感抗 : cj1XC w? (2) wLjXL ? (3) C、 L 為待測(cè)電容和電感 .這樣一來 ,標(biāo)準(zhǔn)元件的選擇就有許多種方法 .但為了提高測(cè)量精度和降低成本 ,該測(cè)量?jī)x采用了標(biāo)準(zhǔn)電阻 ,且與電阻測(cè)量共用一套標(biāo)準(zhǔn)電阻 .所以有電感 : ）（ ...UjwLLXLXURU?? ? (4) jw C1jw C1UU..CX?? R (5) 電容 : 3 jw R1C..?? CXUU (6) 測(cè)量 Q 值時(shí) ,加入交流信號(hào)測(cè)量出電感 Q 值 LjwRZ 1S1 ?? (7) LjwRZ 2S2 ?? (8) 兩個(gè)方程聯(lián)立 ,求得電感 212212WWL22zz? (9) 2122121s WW jwR 22 zz?? Z (10) SRLQ jw? (11) 1Z 為電感在電路中角頻率為 1w 的等效阻抗 ,2Z 為電感在電路中角頻率為 2w 的等效阻抗 ,L 為電感量 , SR 為電感的等效電阻 . 為保證測(cè)量精度 ,必須保證電阻的精度和 w的高穩(wěn)定值 .為此 ,我們?cè)谠撛O(shè)計(jì)中采用 MAX038 單片壓控函數(shù)發(fā)生器 [34]產(chǎn)生高精度的正弦波信號(hào) ,同時(shí)輸出緩沖器采用了運(yùn)算放大器 ,為保證波形精度采用了閉環(huán)深度負(fù)反饋方式 ,無失真的放大正弦信號(hào) . 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 與結(jié)構(gòu)框圖 本電路由電源模塊、正弦信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)電阻和電感或電容串聯(lián)分壓電路、多路開關(guān)、電壓跟隨器、高精度交流 /有效值轉(zhuǎn)換、 A/D 轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、液晶顯示、鍵盤等模塊組成 .系統(tǒng)主要模塊流程圖如圖 1所示 : 圖 1 系統(tǒng)流程圖 方案設(shè)計(jì)與論證 電阻電感電容測(cè)試采樣模塊 電阻電感電容測(cè)試采樣模塊的設(shè)計(jì)方案有很多 ,例如利用純模擬電路來實(shí)現(xiàn)、電阻可用比例運(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)法和同步分離法等 . 方案一 利用純模擬電路 雖然避免了編程的麻煩 ,但是電路復(fù)雜 ,所用的元器件較多 ,制作較麻煩并且測(cè)量精度低 ,調(diào)試?yán)щy ,現(xiàn)已很少使用 . 方案二 可編程序控制器 (PLC） 應(yīng)用廣泛 ,它能夠非常方便的集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中 .可編程控制器速度快 ,體積小 ,可靠性和精度都比較好 ,在此系統(tǒng)中可以使用 PLC對(duì)硬件進(jìn)行控制 ,但是 PLC 的價(jià)格相當(dāng)昂貴 ,因而成本過高 ,應(yīng)用于要求比較高的場(chǎng)合 . 5 方案三 利用震蕩電路與單片機(jī)結(jié)合 利用 555 多諧振蕩電路將電阻、電容轉(zhuǎn)化為頻率 ,而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式電路也轉(zhuǎn)化為頻率 ,這樣就把模擬量近似轉(zhuǎn)化為數(shù)字量了 ,而頻率是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量 ,該方案測(cè)量精度較高 ,易于實(shí)現(xiàn)儀表的自 動(dòng)化 ,而且單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)可靠性高 ,硬件的描述完全可用軟件來實(shí)現(xiàn) ,成本低 .但由于必須采用大量地倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié) ,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高并且難以達(dá)到較高的頻譜純度而使測(cè)量誤差加大 ,外圍電路非常復(fù)雜 .且不符合需要一個(gè)獨(dú)立信號(hào)發(fā)生器的要求 . 方案四 電壓比例法 采用與標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較的的方法 ,其原理是在待測(cè)原件與標(biāo)準(zhǔn)原件的串聯(lián)電路中加以電流 I，這樣被測(cè)元件與標(biāo)準(zhǔn)元件上得到的電壓分別為 Vx 與 Vi。所屬行業(yè)為電子信息產(chǎn)業(yè)，屬于高新技術(shù)領(lǐng)域。波形切換可通過程序控制在 任意時(shí)刻進(jìn)行，而不必考慮輸出信號(hào)當(dāng)時(shí)的相位 .其中
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