【文章內(nèi)容簡介】 阻、電感、電容的測量。玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計9圖 系統(tǒng)原理框圖Figure The system principle diagram ATmega128L單片機(jī)電路圖的設(shè)計圖 中，主要包括 ATmega128L 單片機(jī)、JTAG 下載電路、ISP 下載電路、復(fù)位電路、時鐘電路、液晶顯示電路，獨立按鍵電路，流水燈電路等。使用 ICCAVR軟件對 ATmega128L 單片機(jī)進(jìn)行編程操作，實現(xiàn)頻率測量、量程切換、控制 12864液晶屏等功能。鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀10 ATmega128L單片機(jī)電路圖 The circuit diagram of ATmega128L MCU由于電阻范圍較廣，常用電阻的范圍是 1Ω~10MΩ，所以采用電阻分壓法測量電阻的時候需要分為多個測量量程。每個測量量程都用一個合適的精密電阻作為參考電阻。為提高測量精度，電阻測量電路中使用了 ADVFC32 伏頻轉(zhuǎn)換芯片，利用精密電阻搭成的電阻網(wǎng)絡(luò)將被測電阻阻值的變化量分為 0~9(V)的電壓變化，該電壓經(jīng)過運算放大器 OP07 跟隨后接入 ADVFC32 的電壓控制端，ADVFC32 會輸出一個頻率隨輸入電壓線性變化的脈沖波，脈沖波頻率的范圍是 0~38（KHz） 。最后通過單片機(jī)的計數(shù)器計算出具體頻率值，根據(jù) ADVFC32 的輸入電壓和輸出頻率之間的線性關(guān)系,還有精密電阻的分壓比就可以求出待測電阻的阻值。玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計11圖 電阻測量原理圖Figure The resistance measurement principle diagram圖 所示電路為電阻測量原理圖，由原理圖可以看出，被測電阻 RRX 和已知電阻 RRB 是串聯(lián)關(guān)系，當(dāng) RRX 發(fā)生改變時，R RX 兩端電壓 就會發(fā)生變化。然而實xU際電路中我們要把 經(jīng)過 OP07 運算放大器跟隨后再輸入到壓頻變換芯片xUADVFC32 的電壓控制端，然后 ADVFC32 頻率輸出端會產(chǎn)生頻率 與輸入電壓呈xf線性關(guān)系的方波脈沖， 可以通過頻率計數(shù)器和單片機(jī)得到。相關(guān)計算如下 [12]：xf ()0URx???xxUR??0其中 是已知電壓， 。0UV10 ()381xxf?3801xxf? 其中 10 是 ADVFC32 電壓控制端的電壓滿刻度值，38000 是滿電壓值對應(yīng)的輸出頻率滿刻度值。由（）式和（）式可知，只要知道 ，便可以求出被測電xf阻 的值。xR鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀12由一個555電路構(gòu)成的多諧振蕩器電路。其振蕩周期為 [13]： ()CRT)2)(ln121???，R C1與R CR C3與 RCR C5與R CR C7與R C8的阻值相等，分別組成四個不同的量程。單片機(jī)控制繼電器選擇不同的電阻配對，可得到不同的量程，再將多諧振蕩器的輸出波形接到單片機(jī)的頻率測量端口，就能夠測量出振蕩器的輸出波形的頻率，通過式 () CRf1)2(ln3?可以計算出待測電容值。圖 電容測量電路原理圖Figure The capacitance measurement circuit principle diagram由電容和電感構(gòu)成電容三點式振蕩器，而振蕩頻率只和電容值和電感值有關(guān)，它們之間的關(guān)系為 [14]：玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計13LCF?21?利用這個公式，只須令C已知，通過測量F就可以求出 L的值。，在電容三點式振蕩器中，CC2 分別采用1000pF和1000pF的獨石電容，其電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶體管極間電容，所以極間電容可以忽略。電路的穩(wěn)定性主要取決于電容，在此電路中采用性能較好的獨石電容，這樣使得電路的誤差精度可以保持在5％以內(nèi)。由標(biāo)稱元件和對應(yīng)的待測元件組成的振蕩回路會振蕩出頻率穩(wěn)定的正弦波，該正弦波經(jīng)過放大器OPA820和比較器TLV3502之后會產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波脈沖。接下來通過ATmega128L單片機(jī)測頻就可以實現(xiàn)對電感元件的測量。圖 電感測量電路原理圖Figure The inductance measurement circuit principle diagram 繼電器自動換擋電路本系統(tǒng)中采用 HRS1HSDC5V 繼電器作為量程切換模塊。該繼電器體積較小，鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀14使用簡單，ATmega128L 單片機(jī)能夠直接驅(qū)動，不需要再加三極管進(jìn)行電流放大，能實現(xiàn)自動切換量程的功能。該原理圖由 14 個繼電器組成，3 個繼電器進(jìn)行電阻的自動換擋測量，8 個對電容進(jìn)行自動換擋測量，余下的對電子元件類型進(jìn)行自動換擋測量。繼電器的原理是當(dāng)單片機(jī)給一個高電平時，繼電器閉合，這時繼電器就相當(dāng)于導(dǎo)線，當(dāng)為低電平時，繼電器處于斷開狀態(tài)。 繼電器自動換擋電路Figure The relay automatic shift circuit 本系統(tǒng)中用到的電源共有177。5V，177。12V，選擇了線性三端穩(wěn)壓芯片7805/7907812/7912 來構(gòu)成電源電路核心。首先通過一個變壓器將 220V 市電變成18V 的交流電，經(jīng)過整流橋和濾波電容之后，分別通過穩(wěn)壓芯片就得到了需要的 4路電壓。在穩(wěn)壓芯片之后的電路中還需要加電容電感來構(gòu)成濾波電路 [15]，這個濾波電路很重要，必須將輸出的直流電壓中交流紋波濾除到 8mV 以下才能保證運算放大玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計15器和其他模擬芯片的正常工作。其次，焊接和布線對電源質(zhì)量也有很大關(guān)系。焊接導(dǎo)線時需保持焊點光滑，不能有毛刺，特別是穩(wěn)壓芯片管腳上的焊點，有時候焊點的毛刺會帶來很大的紋波干擾 [16]。布線時，盡量避免粗導(dǎo)線交叉，不同電源之間的導(dǎo)線應(yīng)留有一定距離，盡量將線間干擾降到最低。圖 系統(tǒng)電源的電路圖Figure The system of power supply circuit diagram。鍵盤電路是一個很典型的 44 矩陣鍵盤電路。利用鍵盤對電子元件類型進(jìn)行換擋測量。鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀16 鍵盤電路原理圖Figure The keyboard circuit principle diagram5系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括按鍵掃描、系統(tǒng)測量、液晶顯示等。所示： 開始按鍵掃描是否有按鍵值進(jìn)入測量模式進(jìn)行測量進(jìn)入待測模式進(jìn)行等待LCD 顯示Nh是Y 程序主流程圖Figure The program ZhuLiuCheng figure玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計17通電時，先對單片機(jī)及液晶進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)并判斷鍵盤是否有輸入值及鍵盤輸入值是多少，并根據(jù)輸入值進(jìn)入測量模式或是待測模式，進(jìn)入模式后，經(jīng)過程序運算后把相應(yīng)的信息送往液晶顯示并返回鍵盤掃描狀態(tài)。 測量模式輸入 液晶顯示 電感模式 電感測量 電容測量 電容模式 電阻測量 電阻模式 模式值變化 啟動繼電器 測量模式程序流程圖Figure The measurement model program flow chart當(dāng)程序進(jìn)入測量模式時，首先判斷按鍵按下的檔位值（即選擇測量電阻、電容、電感的檔位），然后根據(jù)不同的檔位值通過繼電器自動切換到相應(yīng)的檔位上。在電阻和電容測量電路中為提高測量精度都設(shè)有多個不同的測量量程。測量時，單片機(jī)會根據(jù)輸出的頻率值大小啟動繼電器切換到不同的測量量程進(jìn)行測量，最后把測量的頻率值和換算的電子元件值送往12864液晶屏上顯示。電感測量時，不需要進(jìn)行量程換擋，單片機(jī)直接根據(jù)電感測量電路輸出的頻率進(jìn)行計數(shù)，再通過公式進(jìn)行軟件調(diào)試，最后把數(shù)據(jù)輸出顯示在液晶上。鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀186系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試本設(shè)計的硬件電路由電源電路、單片機(jī)控制電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路、繼電器驅(qū)動電路、測量電路組成。在硬件調(diào)試中采用了分模塊調(diào)式方法進(jìn)行調(diào)試。電源模塊調(diào)試：首先檢查電源模塊是否有短路、是否有接錯現(xiàn)象，確認(rèn)正確后再上電，再用萬用表測其輸出是否正常。單片機(jī)控制電路調(diào)試：測試單片機(jī)時先下載一個簡單的流水燈程序，觀察單片機(jī)的 I/O 口是否正常，最好是測一下 I/O 口的輸出電壓是多少，如果少于 可能就驅(qū)動不了繼電器。正常的 I/O 口的輸出電壓應(yīng)該在 之間。液晶顯示電路調(diào)試：如果單片機(jī)控制電路正常，然后給顯示電路上電，接著下載一個簡單的液晶顯示例程，若液晶能正常顯示，則該模塊可以正常使用。鍵盤輸入調(diào)試：下載一個簡單的鍵盤例程到單片機(jī)，觀察按鍵輸入和顯示的情況就可以知道鍵盤是否正常。繼電器驅(qū)動模塊調(diào)式：用單片機(jī)給繼電器輸入一個 1HZ 的方波頻率，是否聽到繼電器有閉合的響聲。如果能聽見“吱吱吱吱” 的聲音，說明繼電器良好。 測量電路模塊調(diào)試：首先固定一個檔位和量程，在沒有接被測元件時，用示波器檢測輸出端是否有信號頻率輸出，如果沒有再接上電子元件檢查是否有方波信號輸出，如果有信號輸出就說明調(diào)試成功，然后再換到另一個量程測試，依次類推下去。 軟件調(diào)試在軟件調(diào)式中直接將程序下載入單片機(jī)進(jìn)行分模塊調(diào)試。首先調(diào)試液晶顯示模塊，接著調(diào)試按鍵掃描程序，觀察是否出現(xiàn) 3 種測量模式（電阻測量、電容測量、電感測量） ，最后調(diào)試驗證是否有頻率輸出顯示在液晶上。如果有，根據(jù)增大或減少頻率值調(diào)試自動換擋程序，如果正常就調(diào)試頻率轉(zhuǎn)換程序。如果上述調(diào)試都成功，那本設(shè)計的軟件調(diào)試就成功完成了。 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù) 測試儀器玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計19 數(shù)字萬用表（GDM8248） ，雙蹤數(shù)字示波器（GDS2202 ） ，直流穩(wěn)壓電源（DF1731SLL3A） ，雙蹤模擬示波器（GOS6103C） ，數(shù)字電橋（型號：HF2817)。 電阻測試數(shù)據(jù)表 所示數(shù)據(jù)是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電橋測量的電阻值與本系統(tǒng)測量的電阻值對比。表 電阻測試數(shù)據(jù)Table The resistance test data待測電阻值（標(biāo)稱）/Ω 本系統(tǒng)測量值/Ω 電橋測量值/Ω 誤差10 %100 +%300 %1K %51K +%110K +%665K 671K +%820K 823K %1M %10M +% 電容測試數(shù)據(jù)表 所示數(shù)據(jù)是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電橋測量的電容值與本系統(tǒng)測量的電容值的比較表 電容測試數(shù)據(jù)Table The capacitance test data待測電容值（標(biāo)稱）./F 本系統(tǒng)測量值./F 電橋測量值./F 誤差100p 114p %560p 551p % n %100n +%100n +%560n %1u %鄭勇 基于 ATmega128L 單片機(jī)的數(shù)字式 RLC 測量儀2010u +%47u +%100u % 電感測試數(shù)據(jù)表 所示數(shù)據(jù)是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電橋測量的電感值與本系統(tǒng)測量的電感值的對比表 電感測試數(shù)據(jù)Table The inductance test data系統(tǒng)誤差來源比較多，比如電源的穩(wěn)定性，環(huán)境溫度的變化、運放的漂移，電路板的焊接，以及測試電路中標(biāo)準(zhǔn)元件的精確度等。但是，主要誤差是電源質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)元件的精度造成的，為了克服這個問題，就要采取多種措施來減小誤差。本系統(tǒng)中采用的方法是多次測量求平均值來減小誤差，然后在軟件中加入修正值。經(jīng)過求平均值后，系統(tǒng)的誤差得到有效的降低。7結(jié)束語該測量儀具有功能強、性能可靠、電路簡單、測量方便等特點，加上自行設(shè)計待測電感值（標(biāo)稱）/H本系統(tǒng)測量值/H 電橋測量值/H 誤差10u u u +%33u u +%100 u u u +%270u %470 u u +%570 u u u +%1m +%3m +% +% +%玉林師范學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計21的浮點數(shù)的運算、累計頻率功能等，使它可方便地擴(kuò)展其他功能，如頻率計。量程自動轉(zhuǎn)換等功能又使這個測量儀表具有較高的智能化水平。本文設(shè)計的這種把元件參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率后測量的方法也有不足之處，主要是必須保證電路起振，并且振蕩要穩(wěn)定，否則會增加誤差。這也是今后需進(jìn)一步完善的地方。 致謝經(jīng)過近三個月時間的努力，畢業(yè)設(shè)計已趨于完成。在畢業(yè)設(shè)計的階段，首先非常感謝我的指導(dǎo)老師***老師為我的畢業(yè)設(shè)計給予很大的幫助，在畢業(yè)設(shè)計選題的時候為我提供很好的畢業(yè)設(shè)計方案并做出詳細(xì)的講解，在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給予耐心輔導(dǎo)和認(rèn)真的監(jiān)督。正因為有了鄭老師的指導(dǎo)監(jiān)督、其他老師的幫助及自身的努力我的畢業(yè)設(shè)計才能夠勝利的完成。四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，