基于單片機(jī)的電容電感測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科論文-資料下載頁(yè)
2025-09-28 00:27本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】廣泛起來(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電容電感的大小。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電容電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。該測(cè)試儀具有低功耗、高精度、攜帶方。便等特點(diǎn)，把所測(cè)數(shù)據(jù)保存在單片機(jī)里，然后通過(guò)LCD顯示。其中電容是采用555. 多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的。最后測(cè)試結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高。存在的問(wèn)題而專門研制的。電容電阻的測(cè)量在測(cè)試技術(shù)和產(chǎn)品研究中研發(fā)中應(yīng)用。傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。所以本次設(shè)計(jì)是在555振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計(jì)方案。用技能訓(xùn)練，為今后開展單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)打下初步的基礎(chǔ)。
【正文】 的定義可知，測(cè)量頻率就是測(cè) 1S 時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)。因此，用單片機(jī)側(cè)量頻率的基本方法，就是采用一個(gè)定時(shí)器，用另外一個(gè)定時(shí)器作為計(jì)數(shù)器，來(lái)計(jì)數(shù) 1S 內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，得到的計(jì)數(shù) 值就是脈沖的頻率。這里有三個(gè)數(shù)據(jù)需要特別關(guān)注。 當(dāng)單片機(jī)使用不同晶振時(shí)，定時(shí)器的最大定時(shí)時(shí)間不同。這里使用的 12MHz三江學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 晶振，其時(shí)鐘周期是 1US， T0在 16 位定時(shí)器工作方式時(shí)的最大定時(shí)時(shí)間是： 1US*65536= 也就是說(shuō)直接使用 T0 不能得到 1S 的時(shí)間。 1)、 13 位定時(shí)計(jì)數(shù)方式，最大計(jì)數(shù)值為 2^13=8192,定時(shí) 8192 個(gè) 機(jī)器周期 。此方式已經(jīng)不再用了，是為了和以前的單片機(jī)兼容，學(xué)初者不用掌握。 2)、 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)方式，最大計(jì)數(shù)值為 2^16=65536,定時(shí) 65536 個(gè)機(jī)器周期。此方式可實(shí)現(xiàn)最大的定時(shí)時(shí)間和最大計(jì)數(shù)次數(shù)。是最常用方式之一。 3)、 8 位自動(dòng)重裝計(jì)數(shù)方式，最大計(jì)數(shù)值為 2^8=256,定時(shí) 256 個(gè)機(jī)器周期。此方式工作時(shí)定時(shí)或計(jì)數(shù)到了不用重裝初值，精度較高。另外在 串口通訊 時(shí)常用此方式。是最常用方式之一。 4)、特殊工作方式。將 定時(shí)器 0 分成兩個(gè) 8 位功能不全的定時(shí) 計(jì)數(shù)器 ，要占用 T1 部分功能。也不常用 振蕩器的頻率 LC振蕩器的頻率公式是 f=1/2π√ LC 當(dāng)選用 L=100μ H時(shí)，不同電容由公式計(jì)算所得到的 f 值如表 21： 表 21 由公式求得的 LC 振蕩器的頻率 C 1000nF 100nF 10nF 1000pF 100pF 10pF 47pF 33nF f/Hz 15923 50354 159236 503547 1592356 5035473 73449 87656 由表 21中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)電容為 10nF 時(shí)， LC振蕩器的頻率已大大超過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)范圍。因此在使用單片機(jī)測(cè)量頻率時(shí)，要根據(jù)振蕩頻率的范圍確定計(jì)時(shí)時(shí)間。 本機(jī)的測(cè)量原理 本機(jī)的測(cè)量原理就是基于測(cè)量振蕩器頻率的方法。為了能夠同時(shí)測(cè)量電容和電感，采用了 LC 三點(diǎn)式振蕩器，擬采用 MCS51 單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)核心電路是由 LM311N 組成的 LC 振蕩器。由單片機(jī)測(cè)量 LC 振蕩回路的頻率，然后再依據(jù)振蕩頻率計(jì)算出對(duì)應(yīng)的電容電感量。但是由于單片機(jī)測(cè)量頻率范圍的限制，同事也為了減少分布參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，本機(jī)采用一個(gè)比較特殊的方法。概括地說(shuō)。它是以一個(gè)意志的標(biāo)準(zhǔn)電容 C2 為基準(zhǔn)，測(cè)量其振蕩器頻率，然后在計(jì)算電容或者電感。 具體的測(cè)量原理如圖 23 所示。圖中 C2 由一個(gè) 1000pF 的聚苯乙烯電容與一個(gè) 20pF 的瓷介電容并聯(lián)而成，精度 %，當(dāng) C2未接入電路時(shí)，由 L1和 C1 組成的振蕩器的頻率為 112 1 1f LC?? 三江學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 然后將 C2 與 C1 并聯(lián)，這時(shí)由 L1和 C1+C2 組成的振蕩器的頻率為 122 1( 1 2)f L C C?? ? 將以上兩式變換整理后可得 12 2 1( 1 2)f L C C?? ? 和 2211 1 14L f C?? ? ? 圖 23 測(cè)量原理圖 三江學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5
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