【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜，而且通過(guò)測(cè)量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法 第二章 、 電壓比例法測(cè)量原理 電阻、電容、電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較 Z 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(wú)失真的放大正弦信號(hào) . 電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(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)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器 (PLC)、振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合或 CPLD 與 EDA 相結(jié)合等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較： 1)利用純模擬電路 雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測(cè)量精度低，現(xiàn)在已較少使用。 湖南電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 2)可編程邏輯控制器 (PLC) 應(yīng)用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設(shè)計(jì)中可采用 PLC 對(duì)硬件進(jìn)行控制，但是用 PLC 實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴，因而成本過(guò)高。 3)采用 CPLD 或 FPGA 實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的 VHDL 硬件電路描述語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，利用 MAXPLUSII 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到 CPLD 或 FPGA 可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對(duì)而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 系統(tǒng)的原理框圖 系統(tǒng)分四大部分：測(cè)量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。通過(guò) 和 向模擬開(kāi)關(guān)送兩位地址信號(hào)，取得相應(yīng)的振蕩頻率，然后根據(jù)所測(cè)頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖所示。 電阻、電容、電感測(cè)試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) MCS51 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較 大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)還需要利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)具有極大的必要性。在硬件設(shè)計(jì)中，選用 MS51 系列單片機(jī)，其各個(gè) I/O 口分別接有按鍵、 LED 燈、七位數(shù)碼管等，通過(guò)軟件進(jìn)行控制。 湖南電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 LED 數(shù)碼管電路與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 在電阻、電容、電感測(cè)試系統(tǒng)中，用 LED 燈來(lái)顯示測(cè)量參數(shù)的類(lèi)別和電源指示，既簡(jiǎn)單又顯而易見(jiàn)。 與小白熾燈泡和氖燈 相比， LED 的特點(diǎn)是：工作電壓很低 (有的僅一點(diǎn)幾伏 )；工作電流很小 (有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光 )；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中常常用作光源。在本設(shè)計(jì)中，利用單片機(jī)的 、 和 口直接和發(fā)光二極管相連接，控制程序放在 MCS51 單片機(jī)的 ROM 中。 第三章 、 系統(tǒng)方案 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(kāi)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(pán)等模塊組成 .系統(tǒng)主要模塊流程圖如圖 1 所示 : ． MCS51單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)還需要利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行湖南電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 接口等等，所以，選擇以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)具有極大的必要性。在硬件設(shè)計(jì)中，選用 MS51 系列單片機(jī)，其各個(gè) I/O 口分別接有按鍵、 LED 燈、七 位數(shù)碼管等，通過(guò)軟件進(jìn)行控制。 MCS51 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn)，現(xiàn)在分別加以說(shuō)明： 1)中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)： 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè) 專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。 3)程序存儲(chǔ)器 (ROM)： 共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 4)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 5)并行輸入輸出 (I/O)口： 共有 4組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2或 P3)，用于對(duì)外部數(shù) 據(jù)的傳輸。 6)全雙工串行口： 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 7)中斷系統(tǒng)： 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串口 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 8)時(shí)鐘電路： 湖南電子科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 本電路使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器， 的晶體諧振器直接接在單片機(jī)的時(shí)鐘端口 X1 和 X2，電路中 C C3 為振蕩器的匹配電容。該電路 簡(jiǎn)單，工作可靠 。另外本系統(tǒng)的容阻上電復(fù)位，就是利用 RC 電路的充電過(guò)程來(lái)給單片機(jī)復(fù)位。 RC 電路的時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式： T=RC 即： T=RC=10u*10k=100ms。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，也可以按下復(fù)位按鍵，進(jìn)行復(fù)位。 LED 數(shù)碼管電路與鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì) 在電阻、電容、電感測(cè)試系統(tǒng)中，用 LED 燈來(lái)顯示測(cè)量參數(shù)的類(lèi)別和電源指示