【導(dǎo)讀】除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，論文不含任。做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確的方式標明。本聲明的法律結(jié)果由作者承擔。

　　

【正文】 、 測量狀態(tài) 控制軟件設(shè)計 本設(shè)計采用了兩種模擬 開關(guān) CD4051和 CD4053， 通過單片機編程控制開關(guān)的通與斷實現(xiàn)整個測量過程的進行。 CD4051是 單 8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)， CD4053是雙 2通道數(shù)字控制模擬開關(guān)。兩模擬開關(guān)都 有 A、 B和 C三個二進制控制輸入端以及 INH共 4個輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。 真值表如圖 。 由真值表可以 開關(guān)接通哪一通道，可由單片機編程控制 3位地址碼 ABC來決定。 24 整個芯片的工作由 INH端控制，所以在硬件設(shè)計時將 INH端一直拉低。由于 MSP430G2553單片機 I/O端口有限 ,所以我們用 74HC595串轉(zhuǎn)并芯片 實現(xiàn) I/O端口的擴展。 圖 模擬開關(guān)真值表 采用自由軸法測量時，整個測量過程按照一定的順序進行，先測量標準電阻的實部、虛部，然后再測量被測元件的實部、虛部。整個測量過程檔位轉(zhuǎn)換實例程序如下所示 ,測量四個狀態(tài)參數(shù)。 while(1) { for(n=0。n4。n++) //循環(huán) 4次依次取出標準電阻實部，虛部；被測元件實部，虛部 { if(n==0) //F=1采樣標準電阻， G=0采樣實部 { CTRL amp。=~F。 CTRL amp。=~G。 M595_send(CTRL)。 __delay_cycles(10000000)。//延時 1s待相敏檢波輸出穩(wěn)定 ADC10_sample()。 25 NRr=val1509。 //標準電阻實部 NRr 509為抬高的電平 } if(n==1) //F=1采樣標準電阻 ,G=1采樣虛部 { CTRL amp。=~F。 CTRL |=G。 M595_send(CTRL)。 __delay_cycles(10000000)。//延時 1s等待 輸出穩(wěn)定 ADC10_sample()。 NRi=val1509。 //標準電阻虛部 NRi 509為抬高的電平 } if(n==2) // F=0待測電阻 G=0實部 { CTRL |=F。 CTRL amp。=~G。 M595_send(CTRL)。 __delay_cycles(10000000)。//延時 1s等待輸出穩(wěn)定 ADC10_sample()。 Nxr=val1509。 //待測實部 Nxr 509為抬高的電平 } if(n==3) //F=0待測電阻 G=1實部 { CTRL |=F。 CTRL |=G。 M595_send(CTRL)。 26 __delay_cycles(10000000)。//延時 1s等待相敏檢波輸出穩(wěn)定 ADC10_sample()。 Nxi=val1509。 //待測實部 Nxi 509為抬高的電平 } } 、 A/D采樣軟件設(shè)計 MSP430G2553單片機內(nèi)部 ADC10是高性能的 10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 。模塊的 結(jié)構(gòu) 框 圖如圖 。 具有一個 10位逐次逼近 （ SAR） 內(nèi)核，采用選擇控制，參考電壓產(chǎn)生器和數(shù)據(jù)傳遞控制器 （ DTC） 。 最大轉(zhuǎn)換速率為 200ksps,具有采樣保持功能，并可選采樣周期?？捎绍浖蚨〞r器 A初始化轉(zhuǎn)換，軟件編程選擇 。 具有多路外部輸入通道，可選時鐘源，自動存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制器。 ADC10工作時將采集的模擬量轉(zhuǎn)換成 10位的數(shù)字形式，轉(zhuǎn)換后將結(jié)果以二進制形式 存儲于 ADC10MEM寄存器中。轉(zhuǎn)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。 ADC10模塊通過設(shè)置 ADC10CTL0(見圖 )和 ADC10CTL1見圖 ()兩個控制寄存器完成整個轉(zhuǎn)換過程 。只有在 ENC=0時， ADC10的控制為才可以被改變，所以在進行轉(zhuǎn)換之前 ENC位必須設(shè)為 1。 27 圖 ADC10控制寄存器 0 圖 ADC10控制寄存器 1 ADC10采樣過程如圖 ，在采樣過程中，用戶必須保證在轉(zhuǎn)換結(jié)束前所選擇的 ADC10CLK都保持在活動狀態(tài)。如果在轉(zhuǎn)換期間時鐘丟失或關(guān)閉，轉(zhuǎn)換將無法完成，本次轉(zhuǎn)換結(jié)果將無效。 為了使測量結(jié)果更加精確，采用平均值濾波方法，進行多次采樣求平均值。 圖 ADC10轉(zhuǎn)換過程圖 圖 ADC10模塊的 結(jié)構(gòu) 框 圖 28 ADC10初始化設(shè)置實例程序如下 : void ADC10_init(void) { ADC10CTL0|=ADC10ON+MSC+ADC10SHT_2+SREF_0。 //非中斷模式 ADC10AE0|= BIT0。 //A0 ADC10CTL1|=INCH_0 +CONSEQ_0。 //序列通道單詞 } ADC10單通道單次轉(zhuǎn)換的實例程序如下； void ADC10_sample() //AD轉(zhuǎn)換 { while(ADC10CTL1amp。ADC10BUSY)。 //是否繁忙 ADC10CTL0|=ADC10SC+ENC。 //開始轉(zhuǎn)換 while(ADC10CTL1amp。ADC10BUSY)。 //等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 a=ADC10MEM。 //讀出結(jié)果 } AD采樣值軟件濾波實例程序 : for(i=0。i99。i++) { ADC10_sample()。 val1=val1+a。 } 29 val1=val1/100。 、 顯示部分軟件設(shè)計 與 MSP430G2553單片機相同 Nokia5110液晶 也 具有低電壓、低功耗、性價比高等特點， 使用單片機的 I/O資 源少， 非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測試設(shè)備中 使用。 數(shù)據(jù)將以字節(jié)的格式下載到 Nokia5110的 48*84位顯示數(shù)據(jù) RAM矩陣，通過地址指針尋址。在水平尋址模式 (V=0)， X地址在每個字節(jié)之后遞增 ,經(jīng)最后的 X地址 (X=83)之后， X繞回 0， Y遞增到下一行的地址。經(jīng)最后地址之后 (X=83,Y=5)，地址指針繞回原始地址 (X=0,Y=0)。Nokia5110指令格式分為兩種模式如圖 。如果 D/C(模式選擇 )置為低，當前字節(jié)為命令字節(jié)。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。 圖 Nokia5110指令集 系統(tǒng)測試及結(jié)果分析 、 測試儀器 數(shù) 字萬用表 (DT830B)、雙蹤示波器 (GDS1062A)、自制直流穩(wěn)壓源、高頻導(dǎo)納電橋 (LCR829)。 30 、 測試方案 將待測的電阻、電感、電容先由高頻導(dǎo)納電橋測量并記錄其精確值， 再將待測元件接入本設(shè)計的 RLC測量儀。記錄測量結(jié)果并分析。 、測試結(jié)果及分析 在整個測試過程中，系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)將自動分辨從 Nokia5110液晶顯示出來。如在 MSP430G2553計算采集數(shù)據(jù)時 Nokia5110液晶的顯示如圖 。 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(dǎo)納電阻測量其精確值，然后再由系統(tǒng)進行調(diào)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(shè)計采用了八個標準電阻檔位， 其它檔位間距相應(yīng)減小， 測量結(jié)果更加精確。 如將 1KΩ的精確電阻接入系統(tǒng)進行測量 ，測量結(jié)果 如圖 所示。電阻 測量數(shù)據(jù)如表 。 31 圖 電阻測量 結(jié)果 表 電阻測試 待測值 R0(Ω) 測量值 R1（ Ω） 誤差 α 10 10 % 22 22 % 100 100 % 200 200 % 328 329 % 432 433 % 500 501 % 770 771 % 1000 1002 % 1498 1497 % 2198 2192 % 3824 3827 % 5100 5099 % 10000 9986 % 20200 20197 % 22160 22135 % 46400 46378 % 56180 56169 % 63100 63051 % 92660 92281 % 32 179500 178430 % 300500 300600 % 471700 470200 % 682020 680800 % 1003000 1005347 % 、 電容測試 和電阻測量一樣，電容測量 也是先由高頻導(dǎo)納電橋 進行測量，在進行測試。 如 將精確 10nF 的 電容 接入 測量 系統(tǒng) 結(jié)果顯示如圖 所示。 電容測量結(jié)果如表 所示。雖然測量精度有所不同，但整體在5%以下，達到設(shè)計要求。 圖 電容測量 結(jié)果 表 電容測量數(shù)據(jù)記錄 類型 待測值 C0(pF) 測量值 C1(pF) 誤差 α 極性電容 47 % 101 100 % 213 214 % 321 % 472 % 1055 1053 % 33 2150 2166 % 10130 9911 % 21120 20628 % 44280 43674 % 96800 96930 % 228400 229032 % 285500 291600 % 953000 932700 % 電解電容 1030000 1083000 % 4520200 4401500 % 9500000 9390000 % 、 電感測量 如將精確的 990uH電感接入 測量 系統(tǒng) ，測量結(jié)果如圖 。 電感測量數(shù)據(jù)表 。 從表中可以看出電感的測量出現(xiàn)了較大的誤差，主要是在小電感測量時。但在是整體測試上達到設(shè)計要求。 圖 電感測量結(jié)果 表 電感測量記錄表 待測值（ uH） 測量值 (uH) 誤差 137 127 % 365 334 % 34 650 563 % 990 845 % 4400 4366 % 8190 8169 % 結(jié)論 本設(shè)計是 基于矢量自由軸法了一個簡易 RLC測量儀，整體 采用低功耗 、低電壓的特點。能用普通的鋰電池進行供電，實現(xiàn)了便攜式設(shè)計。與市場上同等的 RLC測量儀相比， 該系統(tǒng)具有超低功耗、操作簡單、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、使用便捷、成本低、通用性好等特點，具有較好的市場化前景。 采用 MSP430G2553作為微處理器控制整個系統(tǒng)進行。 系統(tǒng) 在對微電感的測量存在比較大的誤差， 測量微電感采用的是 10KHz的激勵信號，濾波后，波形出現(xiàn)一定的失真，對測量電路帶來了影響。 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(nèi)部 AD為 10位 會有 更佳的效果。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，提高了對整個專業(yè)學科綜合知識在實際情況下的利用。掌握了整個硬件、軟件的開發(fā)及系統(tǒng)調(diào)試流程，提高了動手能力。 35 參考文獻 [1] 高吉祥 ,唐朝京 .電路分析基礎(chǔ) [M]. 北京 ： 電子工業(yè)出版社 , [2] 高吉祥 ,唐朝京 .模擬電子技術(shù) (第二版 )[M]. 北京 ： 高等教育出版社 ,. [3] 高吉祥主編 .電子儀器儀表設(shè)計 [M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， . [4] 閻石 .數(shù)字電子技術(shù) [M]. 北京 ： 高等教育出版社 ,. [5] 高吉祥 ,唐朝京 .電路分析基礎(chǔ) [M]. 北京 ： 電子工業(yè)出版社 , [6] 黃爭著 .德州儀器高性能單片機和模擬器件在高校中的應(yīng)用和選型指南 [M]. 北京：電 工業(yè)出版社， . [7] 譚浩強 . C程序設(shè)計（第 3版） [M]. 北京： 清華大學出版社 [8] 吳文全 .RCL轉(zhuǎn)換周期信號測量電路 [J]. 電子測量技術(shù)， . [9] 全國 大學生電子設(shè)計競賽委員會編 . 2020 年全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編 [M]. 北京：北京理工大學出版社 , [10] 沈建華 ， 楊艷琴 .MSP430系列 16位超低功耗單片機原理與實踐 [M]. 北京： 北京航空航天大學出版社 [11] 郭天祥 .51單片機 C語言教程 — 入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略 [M]. 北京： 電子工業(yè)出版社 , 36 致謝 在畢業(yè)設(shè)計和論文完成之際，首先要感謝我的指導(dǎo)老師張仁民 老師。從前期的選題