【正文】 的自由軸坐標(biāo)由 FPGA的分頻器和單片機(jī)所存儲(chǔ)的正交波形 ROM數(shù)據(jù)表組成，由于系統(tǒng)要產(chǎn)生 100Hz、1KHz、 10KHz三種正交波形信號(hào)，所以 ROM中應(yīng)存放 6組初相相位差為 90176。 由 于鑒相器要求被測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率相同，同時(shí)兩個(gè)信號(hào)相互正交 (相 位相差 90176。波形信號(hào)能實(shí)時(shí)改變，利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制和處理后，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)信號(hào)源的產(chǎn)生。故選擇方案二。 將輸出的方波信號(hào)通過正弦波信號(hào) 產(chǎn)生電路和濾波電路產(chǎn)生相應(yīng)的正弦波信號(hào)。如定時(shí)器 A最多擁有 3個(gè)捕獲、比較器可支持捕獲、比較功能、 PWM輸出和定時(shí)器功能。再經(jīng)過濾波器濾波后輸出 1MHz的正弦信號(hào)，產(chǎn)生的信號(hào)再經(jīng)數(shù)字分頻器產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的固 定頻率送至控制端口。 數(shù)字波形存儲(chǔ)器可由 FPGA芯片內(nèi)嵌的 ROM進(jìn)行波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在 FPGA地址變量的尋址下， ROM輸出按正弦規(guī)律變化的數(shù)字量。原理框圖如圖 。 iN 是 iU對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。在自由軸法測(cè)量中 XU 、 SU 和坐標(biāo)軸的關(guān)系如圖 。相位關(guān)系，以 得到預(yù)期的 坐標(biāo)軸上 投影分量，由 A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量經(jīng)接口電路送到 微處理器 系統(tǒng)中存儲(chǔ)，經(jīng)過 微處理器的 四則運(yùn)算，即可求出最后的待測(cè)參數(shù)。 本設(shè)計(jì)是基于矢量自由軸法測(cè)量 RLC的設(shè)計(jì)，自由軸法測(cè)量的原理框圖如圖 。則分別測(cè)出 XZ 和 SZ 兩端的電壓相量 XU 和SU ，便可通過計(jì)算得到待測(cè)阻抗 SSSXX UjUU jUUZUUU 43 21 ????? () 其中 XU 的大小反映了流經(jīng)被測(cè)阻抗 XZ 上電流相量 XI 的大小。伏安法 測(cè)量 原理圖如圖 。 方案論證與選擇 、系統(tǒng)總體方案 伏安法是 RLC自動(dòng)測(cè)量最經(jīng)典的方法之一，它的測(cè)量原理來源于阻抗的定義。 本 設(shè)計(jì) 是一種基于矢量法的 RLC 測(cè)量?jī)x，系統(tǒng)由信號(hào)源產(chǎn)生電路、 前置 測(cè)量電路、相敏檢波電路、微處理器及顯示電路構(gòu)成。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的 模擬電路 、 數(shù)字電路 模塊和 微處理器 集成在一個(gè)芯片上，為各種便攜式設(shè)備儀器提供 “單片”解決方案。 現(xiàn)階段 各類 RLC 測(cè)量設(shè)計(jì)廣泛使用矢量自由軸法， 此方法能 智能小 、 巧高靈敏度地測(cè)量電阻、電感和電容，利用 MSP430 單片機(jī)設(shè)計(jì)一種基于 矢量 自由軸法的智能化的 RLC 測(cè)量系統(tǒng)。 矢量 自由軸法可將復(fù)數(shù)變換成是實(shí)數(shù)的計(jì)算。 3 ③ 伏安法： 最經(jīng)典的方法 ，它的測(cè)量原理來源于阻抗的定義，即若已知流經(jīng)被測(cè)阻抗的電流相量并測(cè) 得被測(cè)阻抗兩端的電壓，則通過比率便可得到被測(cè)阻抗的相量。 ② 諧振法： 要求較高頻率的激勵(lì)信號(hào)，一般不容易滿足高精度的要求。 具有較高的測(cè)量精度，被廣泛采用，現(xiàn)已派生出許多類型。 RLC 測(cè)量方法各自有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需要選擇適合的設(shè)計(jì)方法。電容電感對(duì)時(shí)變信號(hào)敏感，可將電容電感轉(zhuǎn)換成與電量、時(shí)間和頻率相關(guān)的物理量，通過對(duì)電量、時(shí)間或頻率的測(cè)量獲得電感電容值。 設(shè)計(jì)者往往不選這種設(shè)計(jì)方法。其轉(zhuǎn)換原理分別是 RC振蕩和LC三點(diǎn)式振蕩，這樣就能夠把模擬量近似轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率 f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化的處理一方面使測(cè)量精度提高了，另一方面也便于使儀表 實(shí)現(xiàn)智能化?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)者們采用數(shù)字信號(hào)處理的方法逐漸替代了傳統(tǒng)模擬測(cè)量信號(hào)相位、頻率、幅度信息，降低了模擬器件的使用量和系統(tǒng)復(fù)雜程度，便于智能化控制。雖然高頻 LCR數(shù)字電橋具有許多的有點(diǎn)，但功耗高、價(jià)格十分昂貴 。 如高頻 LCR數(shù)字電橋，該產(chǎn)品是一種高準(zhǔn)確度，寬測(cè)試范圍的 LCR測(cè)量?jī)x，有液晶顯示屏，全中文菜單。 在生活中我們測(cè)量電阻、電感、電容時(shí)實(shí)際需要用到多個(gè)儀表，而那些能夠完成同時(shí)測(cè)量的儀器儀表存在諸多不便，如 傳統(tǒng)的 RLC測(cè)量?jī)x體積龐大，功耗大 ， 國(guó)內(nèi)外 主要儀器廠家還產(chǎn)生了內(nèi)含微處理器的各種 RLC參數(shù)測(cè)量?jī)x。無論是日常生活乃至航空航天和軍事領(lǐng)域高端科技領(lǐng)域，電子技術(shù)的應(yīng)用均日益深入。MSP430G2553。 關(guān)鍵字 ： 自由軸； RLC； MSP430G2553； 低功耗 Abstract: This paper is based on vector free shaft method of RLC measuring instrument design. Use of low power consumption MSP430G2553 SCM and Nokia5110 liquid crystal display measurement resistor, capacitor, inductor and related auxiliary variable. This system is posed of homemade power supply, the reference phase generator, sine wave generator, leads the measurement circuit, the amplification circuit, phasesensitive detection circuit and MSP430G2553 minimum system position. The MSP430G2553 SCM PWM output function and internal 10 AD respectively square wave signal generation and AD data acquisition. Lead measurement circuit by very standard resistance and high precision instrument opamp position, through the singlechip II microputer and analog switch can automatically choose corresponding standard resistance grades and amplification control, make the small impedance signal can accurate sampling, the realization of automatic measurement. The system adopts double π / 4 pulse integral phase theories, bined with vector free shaft method improves the RLC the accuracy of measurement. Key words: Free shaft。 前置測(cè)量電路由八級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電阻和高精度的儀表運(yùn)放組成，通過單片機(jī)和模擬開關(guān)能夠自動(dòng)選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電阻檔級(jí)與放大控制，使小阻抗信號(hào) 可 以精確采樣 ， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。該系統(tǒng)由自制電源、基準(zhǔn)相位發(fā)生器、正弦波發(fā)生器、前置測(cè)量電路、放大電路、相敏檢波電路與 單片機(jī) 最小系統(tǒng)等構(gòu)成 超低功耗 。 相敏檢波電路 ....................................................................................... 17 4 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 19 軟件主流程圖 ................................................................................................ 19 系統(tǒng)時(shí)鐘軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 20 方波產(chǎn)生 軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 22 測(cè)量狀態(tài)控制 軟件設(shè)計(jì) ................................................................................ 23 AD 采樣 軟件設(shè)計(jì) ......................................................................................... 26 顯示部分軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................ 29 5 系統(tǒng)測(cè)試及結(jié)果分析 .............................................................................................. 29 測(cè)試儀器 ........................................................................................................ 29 測(cè)試方案 ........................................................................................................ 30 測(cè)試結(jié)果及分析 ............................................................................................ 30 電阻測(cè)試 ............................................................................................... 30 電容測(cè)試 ............................................................................................... 32 電感測(cè)試 ............................................................................................... 33 6 結(jié)論 .......................................................................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 致 謝 ............................................................................................................................ 36 附錄 A .......................................................................................................................... 37 I 摘要： 本文是基于矢量自由軸法的 RLC測(cè)量?jī)x 設(shè)計(jì)。 放大電路方案論證 ................................................................................ 9 相敏檢波方案論證與 選擇 ........................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1 前言 ............................................................................................................................ 1 2 方案論證與選擇 ........................................................................................................ 3 系統(tǒng)總體方案 .................................................................................................. 3 設(shè)計(jì)方案 論證 .........................................