電阻電容電感測試儀的設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-11-13 10:51 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 (10) SRLQ jw? 7 (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 . 為保證測量精度 ,必須保證電阻的精度和 的高穩(wěn)定值 .為此 ,我們在該設(shè)計中采用 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 ,同時輸出緩沖器采用了運算放大器 ,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 . 系統(tǒng)總體方案設(shè)計與結(jié)構(gòu)框圖 本電路由電源模塊、正弦信號發(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)計與論證 電阻電感電容測試采樣模塊 電阻電感電容測試采樣模塊的設(shè)計方案有很多 ,例如利用純模擬電路來實現(xiàn)、電阻可用比例運算器法、電容可用恒流法和比較法、電感可用時間常數(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 對硬件進(jìn)行控制 ,但是 8 PLC 的價格相當(dāng)昂貴 ,因而成本過高 ,應(yīng)用于要求比較高的場合 . 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 ,該方案測量精度較高 ,易于實現(xiàn)儀表的自動化 ,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量誤差加大 ,外圍電路非常復(fù)雜 .且不符合需要一個獨立信號發(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，這樣被測元件與標(biāo)準(zhǔn)元件上得到的電壓分別為 Vx 與 Vi。通過計算得出被測值 ,此方法精度高 ,需要一個具有輸出頻率穩(wěn)定的信號源來提供激勵 .本設(shè)計采用此方案 . 正弦信號發(fā)生器模塊 正弦信號源發(fā)生器模塊 是決定系統(tǒng)誤差的重要部分 ,要求有穩(wěn)定的頻率 ,另外為了測試系統(tǒng)的可靠性還要求正弦信號發(fā)生器的頻率和電壓具有可調(diào)性 ,本系統(tǒng)要求頻率范圍 1HZ～ 1MHZ,電壓大于 5V. 方案一 555 信號發(fā)生器 采用 555 信號發(fā)生器制作的發(fā)生器 ,其外圍電路較復(fù)雜 . 這種方法能實現(xiàn)快速頻率變換 ,具有低噪聲以及所有方法中最高的工作頻率 .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量誤差加大 . 方案二 單片機(jī)信號發(fā)生器 [5] 使用單片機(jī)編程實現(xiàn)正弦波的產(chǎn)生簡單易行 .可以在 外圍電路不變的情況下通過程序來改變輸出電壓的幅值和頻率 .由于輸出的是數(shù)字信號 ,可以做得很高 ,產(chǎn)生的信號精度及其性價比比較高 ,集成度也高并且需求電壓低 ,功耗低 . 方案三 DDS 信號發(fā)生器 [6] 利用直接合成 DDS 芯片的函數(shù)發(fā)生器 ,能產(chǎn)生任意波形并能達(dá)到很高的頻率并且頻率的穩(wěn)定性比較好 .但成本較高 ,主要用于測量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益與靈敏度等 .按不同的性能與用途分為低頻信號發(fā)生器、高頻信號發(fā)生器、頻率合成式信號發(fā)生器等 . 方案四 MAX038 信號發(fā)生器 9 MAX038 是 MAXIM 公司生產(chǎn)的一個只需要很少外部元件的精密高頻波形產(chǎn)生器，他能產(chǎn)生準(zhǔn)確的高頻正弦波、三角波、方波。輸出頻率和占空比可以通過調(diào)整電流、電壓或電阻來分別地控制 .MAX038 引腳排列如圖 2 所示 . 圖 2 MAX038 引腳排列 所需的輸出波形可由 地址 A0 和 A1 的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，如表 1 所示。波形切換可通過程序控制在 任意時刻進(jìn)行，而不必考慮輸出信號當(dāng)時的相位 .其中 X表示任意狀態(tài)， 1 為高電平 ,0 為低電平 . 表 1 輸出波形控制 采用 MAX038 單片壓控函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波 ,改變外接電阻或電容值就可改變輸出頻率的值 ,其頻率范圍從 20MHz,最高可達(dá) 40MHz,輸出頻率穩(wěn)定 .各種波形的輸出幅度均為 2V,幅值經(jīng)過一個放大器就可以調(diào) 節(jié) .占空比的調(diào)節(jié)范圍寬 ,占空比和頻率均可進(jìn)行單獨調(diào)節(jié) ,互不影響 .占空比最大調(diào)節(jié)范圍10％～ 90％ .波形失真小 .正弦波失真度小于 ％ .因為不用編程可以節(jié)省較多的時間 .本設(shè)計采用此方案 . 顯示模塊 方案一 采用 LED 數(shù)碼管顯示 .數(shù)碼管顯示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點 ,但顯示信息量小 ,且自身功耗較大 .
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