【正文】 的快速發(fā)展，從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。特別是隨著國內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應(yīng)該利用這些動力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。傳統(tǒng)的營銷模式在計劃經(jīng)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(yán)重匱乏，造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)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(chǎn)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(dāng)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(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)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(shù)字化測量常采用時間常數(shù)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(jīng)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(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里我們將RLC的測量電路產(chǎn)生的頻率送入AT89C52的計數(shù)端端，通過定時并且計數(shù)可以計算出被測頻率再通過該頻率計算出各個參數(shù)。電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)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(shù)字化測量常采用時間常數(shù)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(shù)的數(shù)字化測量是把被測參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進行測量。LRC測試儀設(shè)計方案 設(shè)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(yīng)用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。因此，設(shè)計可靠，安全，便捷的電阻，電容，電感測試儀具有極大的現(xiàn)實必要性。電阻測量依據(jù)產(chǎn)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(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)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(fù)雜性，所以本次設(shè)計是在參考555振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計方案。 電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀當(dāng)今電子測試領(lǐng)域，電阻，電容和電感的測量已經(jīng)在測量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。電阻測量依據(jù)產(chǎn)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(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電阻、電容、電感元件實行等電位隔離，其特征在于，(1)將一個運算放大器的輸出端與其反相輸入端直接連接，形成一個電壓跟隨器；(2)將基準(zhǔn)精密電阻(R)的一端與被隔離的在線元件(Z↓[x])的一端通過導(dǎo)線連接，基準(zhǔn)精密電阻(R)的另一端與信號源(V↓[i])或者地連接，被隔離的在線元件(Z↓[x])的另一端通過導(dǎo)線與地或者信號源(V↓[i])連接，基準(zhǔn)精密電阻(R)與被隔離的在線元件(Z↓[x])連接的一端同時與運算放大器的同相輸入端連接；(3)通過導(dǎo)線將運算放大器的輸出端與線路板上所有的隔離點(C)連接，隔離點(C)的確定方法是：在線路板上凡是與被隔離的在線元件(Z↓[x])靠近信號源(V↓[i])的一端(A)相連的電阻、電容、電感元件的另一端均為隔離端(C)。盡管本土測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后。實際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為：。關(guān)于這一點，在幾乎所有的研究機構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。實際上，即便是研發(fā)隊伍本身，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。所以，為了快速縮小與國外先進公司之間的差距，國內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng)用的研發(fā)的過渡。雖然目前已有較大的改觀，但距離整個產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。還有，在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下，一味地追求精度或追求高指標(biāo)，而沒有處理好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。近年來我國測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機遇。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè)，也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。(2)學(xué)習(xí)PROTEL99E, 。(4)設(shè)計測量LED動態(tài)顯示電路。(6)用PROTEL軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。(8)撰寫畢業(yè)論文。 本論文的結(jié)構(gòu)安排本論文的結(jié)構(gòu)安排為：第1章 前言，第2章 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)設(shè)計，第3章 電阻、電容、電感測試儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計，第4章 電阻、電容、電感測試儀的軟件設(shè)計，第5章 PCB板的設(shè)計與系統(tǒng)的調(diào)試，第六章 結(jié)論與展望。在設(shè)計前對各種方案進行了比較：1)利用純模擬電路雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測量精度低，現(xiàn)在已較少使用。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設(shè)計中可采用PLC對硬件進行控制，但是用PLC實現(xiàn)價格相對昂貴，因而成本過高。但相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置靈活。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)，而且設(shè)計時間短，成本低，可靠性高。所以，本次設(shè)計選定以單片機為核心來進行。系統(tǒng)分四大部分：測量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖21如下所示。LED燈：本設(shè)計中，設(shè)置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。鍵盤：本設(shè)計中有Sr，Sc，SL三個按鍵，可靈活控制不同測量參數(shù)的切換，實現(xiàn)一鍵測量。3)測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實現(xiàn)被測電阻和被測電容頻率化。通過51單片機的IO口自動識別量程切換，實現(xiàn)自動測量。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)。在硬件設(shè)計中，選用MS51系列單片機，其各個I/O口分別接有按鍵、LED燈、七位數(shù)碼管等，通過軟件進行控制。2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。4)定時/計數(shù)器(ROM)：有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。6)全雙工串行口：內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。8)時鐘電路：內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序。該電路簡單，工作可靠 。RC電路的時間常數(shù)計算公式：T=RC (31)即：T=RC=10u*10k=100ms。 LED數(shù)碼管電路與鍵盤電路的設(shè)計在電阻、電容、電感測試系統(tǒng)中，用LED燈來顯示測量參數(shù)的類別和電源指示，既簡單又顯而易見。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中常常用作光源。由于測試指示燈為發(fā)光二極管且陽極通過限流電阻與電源正極相接，所以為共陽極。發(fā)光二極管的接口電路如圖32所示： 圖32 發(fā)光二極管的接口電路發(fā)光二極管的設(shè)計中，每個二極管與單片機接口間有一個電阻，其阻值至少為180歐。另外，在本設(shè)計中，LED應(yīng)用于七位數(shù)碼管中，實現(xiàn)了被測參數(shù)的顯示，七位數(shù)碼管以共陰極的方式經(jīng)過74LS573鎖存器與單片機的P0口相連。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動使編程簡單，顯示亮度高。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。經(jīng)過對兩種顯示方式的比較分析：靜態(tài)方式需要大量I/O，而動態(tài)掃描顯示方式能夠節(jié)省大量的I/O口，且電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，顯示效果良好，因此最終采用動態(tài)掃描顯示方式。單片機片選電路如圖33所示。另外，74HC573數(shù)據(jù)鎖存器的LE使能端為高電平有效，與之前電路結(jié)合可以實現(xiàn)片選功能。兩個74HC573分別作為段碼和位碼的數(shù)據(jù)鎖存器，由此可以計算出它們的片選地址：段碼片選地址為[C000H~DFFFH]，位碼片選地址為[A000H~BFFFH]。由于電路使用的是共陰極動態(tài)顯示方式，ULN2803在位碼數(shù)據(jù)鎖存器后連接八個數(shù)碼管的COM端，可以增強驅(qū)動數(shù)碼管的能力，使數(shù)碼管的顯示效果更好。見圖35按鍵電路所示圖35 按鍵電路控制R、L、C的三個按鍵接入一個10K大小的上拉電阻，起限流保護作用。 測量電阻、電容電路的設(shè)計 555定時器簡介555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。1)555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖36(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。分壓器由三個5KΩ的等值電阻串聯(lián)而成。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同的集成運放AA2組成?；綬S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器AA2的輸出端控制。其工作波如圖(D)部分所示。當(dāng)uc上升到時，A2輸出由0翻轉(zhuǎn)為1，這時==1，RS觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。時刻，uc上升到，比較器A1的輸出由1變?yōu)?，這時=0，=1，RS觸發(fā)器復(fù)0，定時器輸出u0=0。uc按指數(shù)規(guī)律下降,當(dāng)時比較器A1輸出由0變?yōu)?，RS觸發(fā)器的==1，Q的狀態(tài)不變，u0的狀態(tài)仍為低電平。此時電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，其實質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔?。T1為電容充電時間，T2為電容放電時間。對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個參數(shù)：占空比q，q=(脈寬tw)/(周期T)，tw指輸出一個周期內(nèi)高電平所占的時間。電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。圖38 電阻測試電路 測量電容電路的設(shè)計電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。圖39 電容測試電路 測量電感電路的設(shè)計及仿真 測量電感電路的設(shè)計電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。其振蕩頻率為： (315) 即： (316) (317)電感測試電路見圖310所示。其中在電路原理圖編輯程序Schematics模塊中PSPICE的輸入有兩種形式，一種是網(wǎng)單文件(或文本文件)形式，一種是電路原理圖形式，相對而言后者比前者較簡單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開已有的原理圖文件。圖形文字編輯器自動將原理圖轉(zhuǎn)化為電路網(wǎng)單文件以提供給模擬計算程序運行仿真。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結(jié)果的波形和曲線。利用PSpice仿真軟件對電容三點式振蕩電路的仿真原理如圖311，雙擊XSC1后可查看仿真波形，仿真波形如圖312所示。 多路選擇開關(guān)電路的設(shè)計利用CD4052實現(xiàn)測量類別的轉(zhuǎn)換，CD4052是差分四通道數(shù)字控制模擬開關(guān)器件，有A0和A1兩個二進制控制輸入端和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止電流。當(dāng)選擇了某一通道的頻率后，Y輸出頻率通過T1送入單片機進行計數(shù)，通過計算得到要被測值，多路選擇開關(guān)控制如表31 所示。多路選擇開關(guān)硬件電路如圖313所示。圖41按鍵主程序流程圖 主程序流程圖在電阻、電容、電感測試儀的設(shè)計中，便于直觀性，在數(shù)碼管上顯示被測參數(shù)的選擇，被測參數(shù)各個燈的選擇以及具體設(shè)置。 開始初始化鍵掃描健分析，置狀態(tài)R測試狀態(tài)C測試狀態(tài)L測試狀態(tài)開中斷定時器設(shè)置通道及指示燈的設(shè)置采值并計算顯示結(jié)束NoYes圖42 RLC測試儀的軟件流程圖首先插入被測元件，開關(guān)打開以后，按下SET鍵，進行復(fù)位，然后進行按鍵選擇，選擇被測參數(shù)類別，之后單片機根據(jù)按鍵類別啟動相應(yīng)的參數(shù)測試程序，測試完畢后將結(jié)果送入數(shù)碼管顯示。單片機對頻率測量的原理如下圖43所示。利用GATE=1,TR1=1,只有 引腳輸入高電平時，T1才允許計數(shù)，利用此，將外部輸入脈沖經(jīng) 引腳上輸入，等待高電平的到來，當(dāng)檢測到高電平時開定時器開始計數(shù)，然后檢測低電平，當(dāng)檢測到低電平時已經(jīng)測得脈沖的脈寬，但我們測得是頻率，故在程序中藥繼續(xù)檢測等待下一個高電平的到來，此時關(guān)定時器停止計數(shù)，用此計數(shù)值乘以機器的周期數(shù)(晶振頻率已知)，得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號的頻率。開始程序初始化數(shù)據(jù)處理開定時器TR=1fw是否為1fw是否為1fw是否為0結(jié)束NNNYYY圖44 頻率計算程序流程圖