【正文】 32out6VCCVEEU7TL081+55R1410KR1310KC9 C81uFGND 4732out6VCCVEEU5TL081R9 10K %GND+55R12 10K %R810K %R1510K % 4732out6VCCVEEU2TL081GNDC1 105C210uC322uFGNDR1R210K+5 4732out6VCCVEEU6TL081R1610K %R175K %R10 10K %R7 10K %R6 10K %GND+55GND+5512P2C11104GNDC2010uFC10104+5GND5C2110uFC13104GNDC2210uFC12104+5GND5C2310uFC15104GNDC2410uFC14104+5GND5C2510uFC17104GNDC2610uFC16104+5GND5C2710uFC19104GNDC2810uFC18104+5GND5C2910uFNC1Vin2TEMP3GND4NR5out6NC7NC8U1REF5030GND 圖 相敏檢波電路 19 軟件設計 本 設計 使用 MSP430G2553單 片機作 為 微 處 理器 產(chǎn) 生方波信號和AD數(shù)據(jù)采集，控制整個 RLC測 量 過 程的 進 行。 將相互正交的正弦波信號 0_clk和90_clk由 P1端口輸入，通過 P2口控制模擬開關 CD4053的通與斷 選擇兩個信號。 運放 OPA704工作在跟隨狀態(tài)時，不具備放大功能。 INA128內部原理圖如圖 。以對前面得到的三種頻率的正弦波進一步濾波。 CLR2A1QA3B4QB5QC6QD7U8:1SN74LS390DCLR14A15QA13B12QB11QC10QD9U7:2SN54HC390JGND12P9GNDQ03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713A1B2CLK8MR9U674HC164VCC0_clk90_clkSinClkVCCGNDC29104C2710uFVCCGNDC28104C2610uF 圖 基準相位發(fā)生電路 14 、 正弦信號發(fā)生 電路 正弦波發(fā)生器電路如圖 。 圖 系統(tǒng)總體設計框圖 、 子系統(tǒng)電路設計 整個系統(tǒng)由正弦波發(fā)生電路、基準相位信號發(fā)生電路、前置測試電路、放大電路、相敏檢波 器、微處理器及 LCD顯示電路構成。當系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時，中斷喚醒只需 5μ s。雙 π/4脈沖積分電路積分鑒相 輸出 波形幅度為單 π/4的 22倍，所以選擇方案二的雙 π/4脈沖積分 鑒相 進行相敏檢波。 通過微處理器計算控制 模擬開關 在 各個標準電阻 檔位 之間選擇合 9 適的檔位進行測量。 方案二 利用 基礎 數(shù)字器件實現(xiàn) 由 MSP430單片機產(chǎn)生 1MHz的方波信號，然后再經(jīng)過數(shù)字器件器74LS390計數(shù)器進行分頻和 將分頻后的兩路信號送至 移位寄存器74HC164的數(shù)據(jù)輸入端和時鐘輸入端， 后產(chǎn)生相互正交的信號。 、基準相位發(fā) 生 方案論證 與選擇 方案一 基于單片機和 FPGA實現(xiàn) 基準系統(tǒng)信號源的產(chǎn)生可由單片機生成各種波形的數(shù)據(jù)表傳輸給FPGA，通過利用 DDS技術使 FPGA生成對應需要的波形輸出，通單片機控制并行總線將波形數(shù)據(jù)寫入存儲器，相位累加器輸出地址控制下將波形數(shù)據(jù)依次送給高速 D/A，經(jīng)濾波器后產(chǎn)生所需要的波形信號。經(jīng)過 D/A轉換后得到階梯型正弦波。 5 采用自由軸 測量時相敏檢波器的相位參考基準可以任意選擇， 只要求 x， y坐標軸標準正交， 簡化 了 硬件電路， 提高 了精確 度。即若已知流經(jīng)被測阻抗的電流相量并測得被測阻抗兩端的電壓，通過對兩端 電壓的測量 經(jīng)四則運算 得 ， 到比值便是被測阻抗的相量。大大降低了計算的復雜度。 ① 交流電橋法：運用交流電 橋法進行 RLC 測量時系統(tǒng)要達到平衡，實現(xiàn)平衡必須滿足兩個條件，必須調節(jié)兩個橋臂的參數(shù)，才能使電橋完全達到平衡，而且往往需要對這兩個參數(shù)進行反復地調節(jié)，所以交流電橋的平衡調節(jié)要比直流電橋的調節(jié)困難一些。這與以往傳統(tǒng)的 RLC測量方法不同，這是 一種將 R、 L、 C參數(shù)轉換成頻率信號 f，然后用單片 2 機 計算后 再運算求出 R、 L和 C的方法。掌握必要的電子知識成為我們常生活必要技能。采用 MSP430G2553單片機的 PWM輸出功能和內部 10位 AD分別進行方波信號的產(chǎn)生和 AD數(shù)據(jù)采集。 Key words ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 學科分類號 0712 本科生畢業(yè)論文 (設計 ) 題目（中文）： 基于矢量自由軸法的 RLC 測量儀設計（軟件） （英文）： The measuring instrument Design based on the vector free shaft method of RLC(software) 學生姓 名： XXX 學 號： 0910XXXXXX 系 別： 物理與信息工程系 專 業(yè)： 電子信息科學與技術 指導教師： 張仁民 起止日期： 年 月 日 懷化學院本科畢業(yè)論文 (設計 )誠信聲明 作者鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文 (設計 )，是在指導老師的指導下，獨立進行研究所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。 1 前言 ............................................................................................................................ 1 2 方案論證與選擇 ........................................................................................................ 3 系統(tǒng)總體方案 .................................................................................................. 3 設計方案 論證 .................................................................................................. 6 正弦信號發(fā)生 方案論證 與選擇 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 前置測量電路由八級標準電阻和高精度的儀表運放組成，通過單片機和模擬開關能夠自動選擇相應的標準電阻檔級與放大控制，使小阻抗信號 可 以精確采樣 ， 實現(xiàn)自動測量。 在生活中我們測量電阻、電感、電容時實際需要用到多個儀表，而那些能夠完成同時測量的儀器儀表存在諸多不便，如 傳統(tǒng)的 RLC測量儀體積龐大，功耗大 ， 國內外 主要儀器廠家還產(chǎn)生了內含微處理器的各種 RLC參數(shù)測量儀。其轉換原理分別是 RC振蕩和LC三點式振蕩，這樣就能夠把模擬量近似轉換為數(shù)字量，而頻率 f是單片機很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理一方面使測量精度提高了，另一方面也便于使儀表 實現(xiàn)智能化。 具有較高的測量精度，被廣泛采用，現(xiàn)已派生出許多類型。 現(xiàn)階段 各類 RLC 測量設計廣泛使用矢量自由軸法， 此方法能 智能小 、 巧高靈敏度地測量電阻、電感和電容，利用 MSP430 單片機設計一種基于 矢量 自由軸法的智能化的 RLC 測量系統(tǒng)。伏安法 測量 原理圖如圖 。在自由軸法測量中 XU 、 SU 和坐標軸的關系如圖 。再經(jīng)過濾波器濾波后輸出 1MHz的正弦信號，產(chǎn)生的信號再經(jīng)數(shù)字分頻器產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的固 定頻率送至控制端口。波形信號能實時改變，利用單片機系統(tǒng)進行控制和處理后，實現(xiàn)基準信號源的產(chǎn)生。 方案一 采用單片機和 FPGA處理器利用 ROM存儲器存儲系統(tǒng)所需的多種信號波形數(shù)據(jù)，雖然能夠高精度、快速實時改變所需信號輸出，但設計和系統(tǒng)控制方法復雜。 實現(xiàn)自動測量， 提高精度。 圖 單 π/4脈沖積分電路原理圖 、微處理器 方案論證與選擇 方案一 51單片機 利用 51單片機作為整個系統(tǒng)的微處理器，控制 激勵的產(chǎn)生及 整個 11 測試過程的進行 。功能強大，功耗超低。 MSP430單片機最小系統(tǒng) 正弦波發(fā)生器 相敏檢波器 LCD 顯示 放大電路 前置測試電路 基準相位發(fā)生電路 13 、 基準相位 信號 發(fā)生電路 基準相位信號發(fā)生電路如圖 所示。 將正交發(fā)生電路產(chǎn)生的 0_clk信號送至八階低通濾波器 MAX293的輸入端 。后面的高通濾波器是為了濾除 50Hz市電干擾。 圖 儀用運放 INA128內部原理圖 儀用 運放輸出電壓 OV 與輸入電壓 inV 的關系為 ? ?23501 iningO VVR KV ?????????? ?? () 檔位選擇由模擬開關 CD4051控制， 通過單片機控制模擬開關選擇不同的檔位的基準電阻進行測試，同時另一個模擬開關選擇需要檔位基準電阻上的電壓送入儀表運放進行放大。當構成同相輸入比例運算電路時，輸入電壓 inV 與輸 17 出電壓 outV 之間的關系為 inininout VVK KKVR RRV 55 52058 5857 ????? () 由此可知該電路的放大倍數(shù)只有 1倍和 5倍兩檔。兩路模擬開關的通斷時間為測量信號的半個周期 。 、軟件主流程圖 系統(tǒng)總體軟件 設計 流程圖如圖 。 本設計系統(tǒng) 運行 時鐘頻率 選擇 8MHz， 通過控制相應的寄存器來實現(xiàn)。定時器 A結構圖如圖 。 //PWM波輸出 TA1CCTL1|=OUTMOD_2。由于 MSP430G2553單片機 I/O端口有限 ,所以我們用 74HC595串轉并芯片 實現(xiàn) I/O端口的擴展。=~G。 M595_send(CTRL)。 __delay_cycles(10000000)。 Nxi=val1509。轉換公式為 ???????RRRinA D C VV VVN 1 0 2 3 () 其中式 ()中 ?RV 和 ?RV 為參考電平，可由編程選擇。 //A0 ADC10CTL1|=INCH_0 +CONSEQ_0。i99。Nokia5110指令格式分為兩種模式如圖 。 圖 測量時液晶顯示 、電阻測試 在測試前將每個 電阻元件 0R 經(jīng)高頻導納電阻測量其精確值，然后再由系統(tǒng)進行調試測量得出電阻值 1R ， 再進行誤差分析誤差值 α為 %100||001 ??? R RRα () 設計采用了八個標準電阻檔位， 其它檔位間距相應減小， 測量結果更加精確。 電感測量數(shù)據(jù)表 。 可以使用更高精度的正弦波發(fā)生器產(chǎn)生標準的正弦波，后續(xù)的測量電路和相敏檢波 電路信號的效果會更好，如果能同時改用更高位的 AD代替MSP430G2553單片機內部 AD為 10位 會有 更佳的效果。掌握了整個硬件、軟件的開發(fā)及系統(tǒng)調試流程，提高了動手能力。但在是整體測試上達到設計要求。電阻 測量數(shù)據(jù)如表 。如果 D/C置為高，為數(shù)據(jù)字節(jié)，同時接下來的字節(jié)將存儲到顯示數(shù)據(jù) RAM。 val1=val1+a。ADC10BUSY)。只有在