【正文】 Design based on the vector free shaft method of RLC(software) 學生姓名：　　 XXX　　　　　學　　號：　　0910XXXXXX　　　　系　　別：　物理與信息工程系　 ?！　I(yè)： 電子信息科學與技術　 指導教師：　　　張仁民　　　　　 起止日期：　　　　　　　　　　 年 月 日懷化學院本科畢業(yè)論文(設計)誠信聲明作者鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文(設計)，是在指導老師的指導下，獨立進行研究所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的成果。本聲明的法律結果由作者承擔。采用的是超低功耗MSP430G2553單片機和Nokia5110液晶顯示測量電阻、電容、電感及相關輔助變量。采用MSP430G2553單片機的PWM輸出功能和內部10位AD分別進行方波信號的產生和AD數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)采用雙π/4脈沖積分鑒相原理，結合矢量自由軸法提高了RLC測量的精度。RLC。 Low power consumptionII 前言隨著科技的不斷發(fā)展，電子產品正以前所未有的速度，向著多功能化、體積最小化、功耗最低化的方向發(fā)展，機電產品廣泛應用于家電、通信、一般工業(yè)。掌握必要的電子知識成為我們常生活必要技能。這種專用的RLC測量儀具有多功能、多參量、多頻率、高速度、高精度、大屏幕、菜單方式顯示等優(yōu)點?？商峁┓€(wěn)定的6位測試分辨率， V可編程設置，自動分配選擇匹配系數(shù)實現(xiàn)自動化，能適用生產現(xiàn)場高速檢測等應用。人類是不斷進步發(fā)展的，科技技能和知識不斷積累，數(shù)字信號處理技術越來越成熟，各類芯片性能不斷提升，伴隨著新技術的出現(xiàn)，各項技術都有突破進展。這與以往傳統(tǒng)的RLC測量方法不同，這是一種將R、L、C參數(shù)轉換成頻率信號f，然后用單片機計算后再運算求出R、L和C的方法。但這種方法實現(xiàn)上有很大的難度。RLC測量方法有很多，對電阻的測量最為簡單。RLC測量有電橋法、比例法、諧振法等，目前通過不同的模擬電橋電路可以實現(xiàn)RLC參數(shù)的較精確測量，在測量時需要預先判別RLC類型再選擇合適的測量電橋和測量頻率，因此測量時智能化水平不高。① 交流電橋法：運用交流電橋法進行RLC測量時系統(tǒng)要達到平衡，實現(xiàn)平衡必須滿足兩個條件，必須調節(jié)兩個橋臂的參數(shù)，才能使電橋完全達到平衡，而且往往需要對這兩個參數(shù)進行反復地調節(jié)，所以交流電橋的平衡調節(jié)要比直流電橋的調節(jié)困難一些。但電橋法測量需要反復進行平衡調節(jié)，測量時間長，很難實現(xiàn)快速的自動測量。由于測試頻率不固定，測試速度也很難提高。采用了基于矢量自由軸伏安法測量原理和四端測量技術。大大降低了計算的復雜度。MSP430單片機是美國德州儀器（Texas Instruments）1996年開始推廣的一種16為超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。自動換擋測量電阻、電感、電容的值及相關的輔助量。即若已知流經被測阻抗的電流相量并測得被測阻抗兩端的電壓，通過對兩端電壓的測量經四則運算得，到比值便是被測阻抗的相量。則分別測出和兩端的電壓相量和，便可通過計算得到待測阻抗 ()其中的大小反映了流經被測阻抗上電流相量的大小。本設計是基于矢量自由軸法測量RLC的設計。相位關系，以得到預期的坐標軸上投影分量，由A/D轉換器變成數(shù)字量經接口電路送到微處理器系統(tǒng)中存儲，經過微處理器的四則運算，即可求出最后的待測參數(shù)。在自由軸法測量中、。是對應的數(shù)字量。 DDS原理框架圖正弦波信號發(fā)生器由晶體振蕩器、數(shù)字分頻器、數(shù)字波形存儲器、D/A轉換器和濾波放大器構成。經過D/A轉換后得到階梯型正弦波。方案二 基于MSP430單片機實現(xiàn)MSP430單片機具有多個16位定時器計數(shù)器并復合了捕獲、比較寄存器。我們可以利用MSP430單片機定時器的PWM輸出功能，配置定時器相關寄存器實現(xiàn)PWM方波輸出。 由于方案二相對于方案一外圍電路簡單、功耗低、而且器件價格便宜，便于便攜式設計應用。、基準相位發(fā)生方案論證與選擇方案一 基于單片機和FPGA實現(xiàn)基準系統(tǒng)信號源的產生可由單片機生成各種波形的數(shù)據(jù)表傳輸給FPGA，通過利用DDS技術使FPGA生成對應需要的波形輸出，通單片機控制并行總線將波形數(shù)據(jù)寫入存儲器，相位累加器輸出地址控制下將波形數(shù)據(jù)依次送給高速D/A，經濾波器后產生所需要的波形信號。波形數(shù)據(jù)和頻率控制字K由串口寫入FPGA，在本系統(tǒng)中單片機擔任著主要的控制作用。)。的正弦波數(shù)據(jù)，產生三組相互正交的正弦波形。方案二 利用基礎數(shù)字器件實現(xiàn)由MSP430單片機產生1MHz的方波信號，然后再經過數(shù)字器件器74LS390計數(shù)器進行分頻和將分頻后的兩路信號送至移位寄存器74HC164的數(shù)據(jù)輸入端和時鐘輸入端，后產生相互正交的信號。方案二僅使用MSP430單片機作為微處理器利用簡單的數(shù)字器件，方法簡單，便于實現(xiàn)。、前置測試電路方案論證 前置測試電路主要由反相比例運算電路構成，該電路基本放大器的共模輸入信號為零，因此對基本放大電路抑制共模能力要求降低，使測試電路受系統(tǒng)共模信號影響降低，能增加測試精度。儀用放大器與普通集成運算放大器相比具有很多優(yōu)點，儀用放大器具有能夠消除任何共模信號而放大差模信號的特性，正常工作時, 它既能放大微伏級差模信號, 同時又能抑制幾伏的共模信號。通過微處理器計算控制模擬開關在各個標準電阻檔位之間選擇合適的檔位進行測量。、放大電路方案論證 由單片機編程控制多路模擬開關CD405CD4051導通與斷開，實現(xiàn)對標準電阻上的差分電壓進行再次放大測試或對待測原件上的差分電壓進行再次放大測試。、相敏檢波方案論證與選擇 方案一 數(shù)字相敏檢波數(shù)字相敏檢波器由乘法型D/A轉換器和低通濾波器構成，用乘法型D/A轉換器實現(xiàn)數(shù)字鑒相。相移操作時正弦波信號變?yōu)? ()D/A輸出為 ()方案二 脈沖積分鑒相利用模擬開關進行脈沖積分鑒相，脈沖積分鑒相有單π/4脈沖積分鑒相和雙π/4脈沖積分鑒相之分，單π/，可推導測量電壓在實軸上的投影為 ()在虛軸上的投影為 ()利用雙π/4脈沖積分鑒相器可推導出測量電壓在實軸方向上的投影為 ()在虛軸方向上的投影為 ()由推導公式可見，用雙π/4脈沖積分鑒相的波形幅度為單π/4脈沖積分鑒相的倍。雙π/4脈沖積分電路積分鑒相輸出波形幅度為單π/4的倍，所以選擇方案二的雙π/4脈沖積分鑒相進行相敏檢波。STC89C52是低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用高密度、非易失性存儲技術生產，與標準MCS51指令系統(tǒng)及8052產品引腳兼容，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。10/12位硬件A/D轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用；由于系統(tǒng)運行時開啟的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不同。在實時時鐘模式下， ，在RAM保持模式下，另外，MSP430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。功能強大，功耗超低。功耗超低，可用電池供電，實現(xiàn)便攜式設計。硬件電路設計與參數(shù)計算、系統(tǒng)總體設計。正弦波作為前端測試電路的激勵信號，根據(jù)自由軸法測量阻抗的相關計算，選擇是否放大基準電阻和被測電阻兩端的電壓，將放大到合適范圍內的電壓信號進行相敏檢波，然后通過，MSP430單片機進行A/D采樣存儲經過微處理器的四則運算，即