畢業(yè)設計-基于單片機的高精度電阻電感電容測量儀器的設計(編輯修改稿)
2025-01-08 19:05 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的作用下電容電感獲得的 容抗和感抗 : cj1XC w? (2) wLjXL ? (3) C、 L 為待測電容和電感 .這樣一來 ,標準元件的選擇就有許多種方法 .但為了提高測量精度和降低成本 ,該測量儀采用了標準電阻 ,且與電阻測量共用一套標準電 阻 .所以有電感 : 臨沂 大學理學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設計） 2 ）（ ...UjwLLXLXURU?? ? (4) jw C1jw C1UU..CX?? R (5) 電容 : jwR1C..?? CXUU (6) 測量 Q 值時 ,加入交流信號測量出電感 Q 值 LjwRZ 1S1 ?? (7) LjwRZ 2S2 ?? (8) 兩個方程聯(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 ,我們在該設計中 采用MAX038 單片壓控函數(shù)發(fā)生器 [1]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)深度負反饋方式 ,無失真的放大正弦信號 . 系統(tǒng)總體方案設計與結(jié)構(gòu)框圖 本電路由電源模塊、 正弦信號發(fā)生器、標準電阻 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、 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 : 臨沂 大學理學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設計） 3 圖 1 系統(tǒng) 流程圖 方案設計與論證 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 ,但是電路復雜 ,所用的元器件較多 ,制作較麻煩并且測量精度低 ,調(diào)試困難 ,現(xiàn)已很少使用 . 方案 二 可編程序控制器 (PLC） 應用廣泛 ,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對硬件進行控制 ,但是 PLC的價格相 當昂貴 ,因而成本過高 ,應用于要求比較高的場合 . 方案三 利用震蕩電路與單片機結(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 . 方案四 電壓比例法 臨沂 大學理學院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設計） 4 采用與標準電阻相比較的的方法 ,其原理是在待測原件與標準原件的串聯(lián)電路中加以電流 I，這樣被測元件與標準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 . 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) ,導致結(jié)構(gòu)復雜、體積大、成本高并且難以達到較高的頻譜純度而使測量誤差加大 . 方案二 單片機信號發(fā)生器 [4] 使用單片 機 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 [11] 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 采用 MAX038 單片壓控函數(shù)發(fā)生器 [1].MAX038 可以產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波
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