畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的高精度電阻電感電容測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)(參考版)
2024-12-07 19:05本頁(yè)面
【正文】 采用單片機(jī)可以提高系統(tǒng)的可 靠性和穩(wěn)定性 ,縮小系統(tǒng)體積 ,調(diào)試與維護(hù)方便 ,而且以 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的控制系統(tǒng)能滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求 ,經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)工作正常 ,完成了設(shè)計(jì)任務(wù)的全部要求 . 當(dāng)然本系統(tǒng)還存在著許多需要改進(jìn)的地方 ,比如還可以繼續(xù)提高測(cè)量的精度和加大測(cè)量的范圍 .因?yàn)槭遣捎脝纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn) 的 ,利用其可以編程的特性 ,使測(cè)量的值結(jié)合一些數(shù)據(jù)處理方式使測(cè)量更加接近真實(shí)值 . 本系統(tǒng)也還有許多可以擴(kuò)展的功能 ,可以增加語(yǔ)音功能 ,每 次測(cè)量值穩(wěn)定的時(shí)候就通過(guò)語(yǔ)音報(bào)告出來(lái) 。第二種途徑是通過(guò)理論推導(dǎo)求取 。用高精度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量出其阻值 (容值或感值 ） 取多個(gè)相同電阻的平均值作為參考量 。并且大小可以調(diào)節(jié) 。當(dāng) RS為高 RW為低時(shí) ,可以寫(xiě)入數(shù)據(jù) .E 端為使能端 ,當(dāng) E 端有高電平跳變到低電平時(shí) ,液晶模塊執(zhí)行命令 .D0~D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 .V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)節(jié)端 ,接正電源時(shí)對(duì)比度弱 ,接地是對(duì)比度高 ,使用時(shí)要通過(guò)一個(gè) 10KΩ 的電位器調(diào)整對(duì)比度 . 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制測(cè)量程序模塊 單片機(jī)控制測(cè)量程序不僅擔(dān)負(fù)著量程的識(shí)別與轉(zhuǎn)換 ,而且還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的修正和傳輸 。改變外接電阻或電容值就可改變 輸出頻率的值 ,頻率范圍~20MHZ,輸出頻率穩(wěn)定 ,幅值經(jīng)過(guò)一個(gè)放大器就可以調(diào)節(jié) .因?yàn)椴挥镁幊炭梢怨?jié)省較多的時(shí)間 .本設(shè)計(jì)采用此方案 . 顯示模塊 方案一 采用 LED 數(shù)碼管顯示 .數(shù)碼管顯示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點(diǎn) ,但顯示信息量小 ,且自身功耗較大 . 方案二 LCD 液晶 顯示器 [7]可輕松實(shí)現(xiàn)字母、漢字 的顯示 ,控制 簡(jiǎn)單 ,能耗小 ,可以中文輸出便于人際交流顯示內(nèi)容豐富 .所以采用此方案 . 臨沂 大學(xué)理學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 5 4 硬件電路 穩(wěn)壓電源模塊 圖 2 穩(wěn)壓電源 正弦信號(hào)發(fā)生器 圖 3 正弦信號(hào)發(fā)生器 臨沂 大學(xué)理學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 6 采樣 電路 如圖 4所示 ,高精度的正弦波信號(hào)流過(guò)串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè) 元件 ,待測(cè)元件一端接地 .儀器通過(guò)繼電器轉(zhuǎn)換分別從標(biāo)準(zhǔn)電阻的兩端測(cè)量電壓 .由于 AD637 的輸入電阻較低 ,為了降低其分壓產(chǎn)生的誤差 ,被測(cè)的交流電壓先通過(guò) 精密運(yùn)算放大器 ICL765構(gòu)成的電壓跟隨器 ,然后才通過(guò)高精度交流 /有效值轉(zhuǎn)換芯片 AD637[8]轉(zhuǎn)換成有效值 ,進(jìn)過(guò) ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 ,在單片機(jī)中完成比例運(yùn)算 ,得到電容電感數(shù)值 .測(cè)量不同數(shù)值電感電容時(shí) ,可以選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻和改變 MAX038輸出信號(hào)的頻率來(lái)分壓 ,這通過(guò)單片機(jī)控制繼電器切換電路和編程來(lái)實(shí)現(xiàn) . 圖 4 采樣電路 液晶顯示模塊 本設(shè)計(jì)采用常用的 2 行 16 個(gè)字的 1602 液晶顯示器來(lái)顯示電阻電感電容值 .圖 5 是1602 液晶模塊與 51 單片機(jī)的連接圖 . 臨沂 大學(xué)理學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 7 圖 5 1602 液晶模塊與 51 單片機(jī)的連接圖 單片機(jī)的 P1 口與 1602 液晶模塊的數(shù)據(jù)口連接傳輸數(shù)據(jù) ,P2 口分別控制 RS、 RW 和使能端 為寄存器選擇 ,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器 ,低電平時(shí)選擇指令寄存器 .RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線 ,高電平時(shí)進(jìn)行 讀操作 ,低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作 .當(dāng) RW和 RS同時(shí)為低時(shí) ,可以寫(xiě)入指令或顯示地址 。在角頻率為w的交流信號(hào)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(cè)電容和電感 .這樣一來(lái) ,標(biāo)準(zhǔn)元件的選擇就有許多種方法 .但為了提高測(cè)量精度和降低成本 ,該測(cè)量?jī)x采用了標(biāo)準(zhǔn)電阻 ,且與電阻測(cè)量共用一套標(biāo)準(zhǔn)電 阻 .所以有電感 : 臨沂 大學(xué)理學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 2 ）（ ...UjwLLXLXURU?? ? (4) jw C1jw C1UU..CX?? R (5) 電容 : jwR1C..?? CXUU (6) 測(cè)量 Q 值時(shí) ,加入交流信號(hào)測(cè)量出電感 Q 值 LjwRZ 1S1 ?? (7) LjwRZ 2S2 ?? (8) 兩個(gè)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(cè)量精度 ,必須保證電阻的精度和 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 [1]產(chǎn)生高精度的正弦波信號(hào)
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