【正文】 51 單片機 二極管指示燈 液晶顯示電路 按鍵選擇測量電路 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設計 9 3 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設計 MCS51 單片機電路的設計 在本設計中，考慮到單片機 構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性 ， 容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)， 且 應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數。 3)測量電路： RC 震蕩電路是利用 555 振蕩電路實現被測電阻和被測電容頻率 化。按鍵：本設計中有 R， C， L 三個按鍵，可靈活控制不同測量參數的切換，實現一鍵測量。 圖 21 系統(tǒng)設計框圖 框圖各部分說明 如下： 1)控制部分：本設計以單片機為核心，采用 89C52 單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時 /計數器和 LCD 顯示功能等。通過 和 向模擬開關送兩位地址信號，取得相應的振蕩頻率，然后根據所測頻率判斷是否轉換量程，或者是把數據進行處理后，得出相應的參數值。 系 統(tǒng)的原理框圖 本設計中， 考慮到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，擬采用 MCS 51 系列的單片機 為核心 來實現 電阻、電容、電感測試儀 的控 制。 綜上所述，利用振蕩電路與 單片機 結合實現電阻 、 電容 、 電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。 容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)， 且 應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數。 4)利用振蕩電路與 單片機 結合 利用 555 多諧振蕩電路將電阻，電容參數轉化為頻率，而電感 則是根據電容三點式電路也轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數字量，而頻率 f 是單片機很容易處理的數字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現自動化，而且 單片機 構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。 3)采用 CPLD 或 FPGA 實現 應用目前廣泛應用的 VHDL 硬件電路描述語言，實現 電阻，電容，電感測試儀 的設計，利用 MAXPLUSII 集成開發(fā)環(huán)境進行綜合、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。 2)可編程邏輯控制器 (PLC) 應用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控 制系統(tǒng)中。 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設計 7 2 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的系統(tǒng)設計 電阻 、 電容 、 電感測試儀設計方案比較 電阻 、 電容 、 電感測試儀 的設計可用 多 種方案完成， 例如利用模擬電路，電阻可用比例運算器法和積分運算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時間常數發(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 結合 或 CPLD 與 EDA 相結合等等 來實現。 (9)完成英文翻譯。 (7)安裝和調試，并進行實際測試，記錄測試數據和結果。 (5)設計測量頻率程序，設置程序。 (3)設計測量電阻，電容，電感的振蕩電路。 本設計所做的工作 本設計是以 555 為核心的振蕩電路，將被測參數模擬轉化為頻率，并利用單片機實現計算頻率，所以，本次設計需要做好以下工作： (1)學習單片機原理等資料。從中國電子信息產業(yè)統(tǒng)計年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過 30%以上的速度在快速增長。測試儀器行業(yè)目前已經越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進步，特別是通用電子測量設備研發(fā)方面，與國外先進產品的差距正在快速縮小，對國外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。所以，還應把標準化和模塊化的研究放到重要的位置。 由于歷史的原因，中國儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè)，標準化的研究也沒有跟上需求的快速發(fā)展，從而導致儀器的材料配套行業(yè)的技術水平較低。特別是隨著國內應用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應該利用這些動力，跟蹤應用技術的快速發(fā)展。傳統(tǒng)的營銷模式在計劃經濟年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。 。這種錯誤觀念上的原因，造成整個社會對測試的重視度不夠，從而造成測試儀器方面人才的嚴重匱乏，造成相關的基礎科學研究比較薄弱，這是中國測量儀器發(fā)展的一個主要瓶頸。 由于人們的傳統(tǒng)觀念的影響，在產品的制造流程中，研發(fā)始終處于核心位置，而測試則處于從屬和輔助位置。每當提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。 中國本土測量儀器設備發(fā)展的主要瓶頸 。電感測量可依據交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而 且通過測量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數字化電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設計 5 測量常采用時間常數發(fā)和同步分離 法。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量 精度高，但速度慢。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。 電阻 、 電容和電感測試發(fā)展已經很久，方法眾多，常用測量方法如下。是 嘗試用 555 振蕩器將被測參數轉化為頻率， 這里我們將 RLC 的測量電 路產生的頻率送入 AT89C52 的計數端端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率再通過該頻率計算出各個參數。 電感測量可依據交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量 Q 值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數字化測量常采用時間常數發(fā)和同步分離法。前 者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。 通常 情況下，電路參數的數字化測量是把被測參數傳換成直流電壓或頻率后進行測量。 關鍵詞 ： 單片機 ， 555 多諧振蕩電路 ， LCD 顯示 模塊，電容三點式振蕩 目 錄 1 前言 ............................................................. 4 設計的背景及意義 .............................................. 4 電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現狀 .................... 4 本設計所做的工作 .............................................. 6 本論文的結構安排 .............................................. 6 2 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設計 ................................. 7 電阻、電容、電感測試儀設計方案比較 ........................... 7 系統(tǒng)的原理框圖 ............................................... 7 3 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設計 ............................. 9 MCS51 單片機電路的設計 ...................................... 9 顯示 電路與 按鍵 電路的設計 .................................... 10 測量電阻、電容電路的設計 .................................... 13 555 定時器簡介 ......................................... 13 測量電阻電路的設計 ..................................... 16 測量電容電路的設計 ..................................... 17 測量電感電路的設計及仿真 .................................... 18 測量電感電路的設計 ..................................... 18 測量電感電路的仿真 ....................................... 多路選擇開關電路的設計 ...................................... 19 4 電阻、電容、電感測試儀的軟件設計 ................................ 21 I/O 口的分配 ................................................ 21 主程序流程圖 ................................................ 21 頻率參數計算的原理 .......................................... 23 5 PCB 板的設計與系統(tǒng)的調試 ......................................... 25 PROTEL99SE 的介紹與 PCB 板的設計 ............................. 25 系統(tǒng)調試與系統(tǒng)測試 .......................................... 26 系統(tǒng)軟件調試 ........................................... 26 系統(tǒng)硬件調試 ........................................... 27 系統(tǒng)測試 ............................................... 27 6 結論與展望 ..................................................... 29 致謝 ............................................................. 30 參考文獻 ......................................................... 31 目 錄 III 附錄 ............................................................. 32 附錄一 系統(tǒng)原理圖及 PCB ....................................... 32 附錄二 源程序 ................................................. 32 1 前 言 設計的背景及意義 目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。 在系統(tǒng)的軟件設計是以 Keil51 為平臺，使用 C 語言編程編寫了系統(tǒng)應用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊。 在系統(tǒng)硬件設計中， 以 MCS51 單片機為核心的 電阻 、 電容 、 電感測試儀 ，將 電阻，電容，電感 ，使用對應的振蕩電路轉化為頻率實現各個參數的測量。目 錄 I 摘 要 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現實必要性。其中電阻和電容是采用 555 多諧振蕩電路產生的，而電感則是根據電容三點式產生的，將振蕩頻率送入STC89C52 的計數端端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率，再通過該頻率 計算出被測參數。 最后，實際制作了一臺樣機，在實驗室里進行了測試，結果表明該樣機的功能和指標得到了設計要求。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現實必要性。 電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。 傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。隨著數字化測量技術的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數字化測量常采用恒流法和比較法。 由于測量電阻，電容，電感方法多并具有一定的復雜性，所以本次設計是在參考555 振蕩器基礎上擬定的一套自己的設計方案。 電阻 、 電容 、 電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現狀 當 今電子測試領域，電阻，電容和電感的測量已經在測量技術和產品研發(fā)中應用的十分廣泛。電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。隨著數字化測量技術的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數字化測量常采用恒流法和比較法。 在我