R、L、C测量仪.docx

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1、R1.xC测量仪摘要：杞R、1.、C转接成频率信号f,转换的原理分别是RC振荡电路和1.C电容三点式振荡电路。单片机计数得出被测频率，由该频率计算出各个参数伉，数据处理石，送显示。关键词：RC振荡电路1.C也容三点式R、1.CmeasureinstrumentAbstract:TheresistancetheinductanceandthecapacitancearctranslatedintofrequencyonaccountofRCsurgingcircuitand1.CsurgingcircuitsSinglechipwasmeasuredfrequencyandconuiedeach

2、parametervaluefromIhiSfrequency.showing(hepa11mclcoKeywords:RCsurgingcircuit1.Csurgingcircuit.第一章系镰设计31.I设计要求3I.1.1设计任务3I.I-2技术要求1.2方案比较1. 3方窠论证1. 3.I总体思路2. 3.2设计方案其次章主要电路设计与说明52. ITS5S6芯片简介52. 1.I芯片的顶视图及各引脚的功能53. I.2芯片的等效功能方框图及工作原理52.2CD4066芯片的简介72.3测冬的RC振荡电路72.3.i用556时基电路树成多谐振荡器72.3.2测成电阻的电路模块92.4

3、测CX的RC振荡电路2.5测卜的电容三点式振荡电路第三章软件设计第四章系毓窝试4.I测试仪甥4.2指标冽试及误差分析4.2.I电阻的测质4.2.2电容的测研4.2.3电感的测量13第五章JMI13参考城B附录14附录1元器件清单14附录2程序清单15附录3总体电路图17附录4印制板图18网录5系统运用说明19第一章系统设计1.1设计要求1.1.1设计任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电学参数测试仪,示意框图如下:1.1.2技术要求基本要求(1测或莅困电阻100Q-IMQ电容100pF-10000PF电感100H-!0mil(2)测汆精度5%(3)制作4位数码管显示器,显示测段数值，并用发

4、光二极管分别指示所测元件的类别和单位发挥部分(1扩大测玻莅明(2)提一测量精度(3)冽Hht程自动转换1.2方案比较目前，测量电子元件集中参数R、1.C的仪表种类较多，方法也各不相同，这些方法都有其优缺点.电阻R的测试方法蚣多.故基本的就是依据R的定义式来测J.在如图中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，依据公式/C=U/求得电R1.这种方法要测出两个模拟埴，不易实现自动化,而指针式万用表欧姆档是把被测电网与电流一一对应由此就可以读出被SW电阻的阻值.如图1.2.2所示.这种测i方法的精度变更大，能同时测fit电器元件R、1.、C的设典型的方法是电桥法(如图).电阻R可用

5、直流电桥测景,电感1.、电容C可用沟通电桥测C。电桥的平衡条件为ZlZfIe=Zy通过调整阻抗4、4使电桥平衡，这时电表读数为零，依据平衡条件以及一些己知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测fft方法.参数的件还可以通过联立方程求情.调整电班伯一般只能手动，电桥的平衡判别亦碓用简洁电路实现.这样，电桥法不易实现自动测量。Q表是用谐振法来测1.Cffi（如图）。它可以在工作算率上进行测域，使测量的条件更接近运用状况.但是.这种测盘方法要求频率连续可周.直至谐振.因此它即振荡零的要求较高.，另外，和电桥法一样,冏整和平衡判别很难实现智能化.图1.2.4用阻抗法测R、1.、C有两种实现方法：用恒流

6、源供电，然后测元件电压：用忸压源供电.然后测元件电流.中于很碓实现志向的恒流源和恒代源,所以它的适用的测量范围很窄.许多仪表林是把较难测JIt的物理质转变成精度较高且较简消测房的物理量.基于此思想，我们把电子元件的集中卷数R、1.C转换成频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、1.,C的值，并送显示，转换的原理分别是RC振荡和1.C二点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量进拟比转化为数字Ik频率f是的片机做简洁处理的数字量,这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化,另一方面也避开了由指针读数引起的误差.1.3方案论证1.3.1总体思路本设计中把R、1八C转换成频率信号f,转换的原理分别是RC

7、搬薪电路和1.C电容.：.点式振荡电跖，单片机依据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源,通过计数则可以计算出被测频率,再通过该频率计算出分个参数,然后依据所测颇率推断是否转换豉程.或者是把数据处理后,把R、1.、C的送数码管显示相应的参数位，利用编程实现ht程自动转换.1.3.2设计方案该设计方案的总体方框图如图所示。1.b图1.11i殳计的总体方柢图被网电用被网电感被第电容三SSil道选择开关a桢Ifl开关其次章主要电路设计与说明2.1TS556芯片简介方案选择中,利用555时基电路构成多谐娠荡器来测成电阻R,电容C,为了测坟两个物理中须要两块555时晶电路，

8、为节约一部分硬件空间，以一片556时携电路来代替。2.1.1芯片的顶视图及各引脚的功能556双时基集成是COMS型的.内含两个相同的555时基电路,它的原视图如下图所示，双列直插14脚封奘能电匚阚笔匚桧M匚复位匚较出匚他匚Vsj匚1142133124115106 97 8位出发复轮触图2.1.1”5时基电路预祝图顶视图各引脚的功能分别为；1、13脚：放电：2、12脚：Wfft;3、11I即：限制；4、IO脚：更位：5、9脚：输出；6,8脚：坦位触发：7脚：GND；14脚：+电源Vcc,2.1.2芯片的等效功能方框图及工作原理芯片的等效功能方框图如下图所示，由于5564时基集成块内含两个相同的5

9、55时基电路，它的等效功能方框图与一个555时班电路的等效功能方框图相同，在下面的分析中，可就1个556芯片单独分析。2图2.1.2555时达电路等效功能方框图芯片的工作原理TS556的等效功能框图中包含两个COMS电乐比较湍A和B.一个RS触发器.一个反相器，一个P沟道MOS场效应管构成的放电开关SW,三个阳值相等的分压电阻网络，以及输出缓冲级，三个电阻组成的分压网络为上比较器A和下比较器B分别供应Nvcc和3IVCC的假置电压。当上比较器A的同相输入端R高于反相输入掂电位IVcc时，A输出2为高电平RS触发器物转,黝出端V“为逻辑“0”电平即当Vth,Vcc时.V“为“0”电平，处于复位状

10、态：而当寅位触发然S的电位,即VVCC时，下比较器B的输出为3T.RS触发器置位，输出端V。为“1”电平。即当VSWJVcC时，V“为“1”电平，处3于置位状态.可见,该S556的等效功能枢图相当一个置位更位触发湍“在RS触发零内二生设置了一个强制更位端疏,即不管阈值培R和置位触发端W处于何种电平,“要使赢=0.则RS触发器的输出必为I.从而使输出V。为“0”电平。从芯片的等效功能方框图得出各功能端的直值表,如表所示.表556芯片各功健端的*使我MR（强制位）S（置位触发）R（一R触发）Vo（输出）OXOIOXII1IO11O保持原电平注：“0”-电平WIvcc3*,n-电平2Vcc3“X”一

11、表示随意电平2. 2CD4066芯片的简介在电路中采纳CD4066网路模拟开关来实现不同埴程的相互转换。CD4U66芯片全称：四路模拟开关集成电路）内部含有A、B、C,D四路模拟开关.A路模拟开关由引脚13A制、B路模拟开关由引脚5A制、C模拟开关也引脚6限制、D路模弧开关由引脚12眼制。全部的限制弓I脚由软件编程限制，当限制践由软件词-I时，该模拟开关闭合，当限制线由软件置O-该模拟开关断开，且四路模拟开关可独立运用.CEMU66的内部结构图如图所示：IS2.2.1CD4O66的内部结构图3. 3测Rx的RC振荡电路4. 3.1用556时基电路构成多谐振荡器在电路中采纳RC振荡电路来测量电阻

12、R、电容C的值,用556时基电路构成RC振荡涔.如图（八）所示,利?556与三个阳、容元件如图连接，便电成无稳态多谐振荡模式.图231（八）电路图vc(t)当加上心电压时,由于C上端电压不能突变,故gs56处于置位状态，输出端(夕9)呈高电平“1二而内部的放电COMS管裁kC通过凡和怎对其充电,6/8脚电位版C上端电压的上升呈指数上升,波形如图(b)所示.当C上的电压随时间增加.达到2Vcc阈值电平(2/12脚)时.上比较零A翻转,使3RS触发器力位.经线冲级倒相,辎出%呈低电平“0”.此时,放电管饱和导通，C上的电荷经勺至放电管放电.当C放电使其电压降至1.Ve触发电平O脚时.下比较零B3翻

13、转.使RS触发器配位,经援冲级倒相,输舟星高电平“1”。以上过程里更出现,形成无稳态多谐振荡.田上面对多谐振荡过程的分析不难存出.希舟脉冲的持续时间八就是C上的电压从-Vcc充电到二VCC所需的时间.故C两端电压的变更规律为33Uc()=Vcc(-QC)+1匕.*-“3)。3r,=(l+)C.则上式简化为Uc(t)=Vce(-e-,r)从上式中求得=-7Jn3=0.6932rl一般简写为1.=O.6932(a+%)C电路问歌期r,就是C两端电压从2Vcc充电到JVcc所缁的时间,即33Ut(r)=%ec从上式中求得右,并上q=NtC,则/,=-r2In；=().693r,-般简写为q=0693

14、勺C那么电路的振荡冏期丁为T=tl+t2=0.693(r1+r,)=0.693(RA+2Rlt)C振荡频率f=1/7,即/=I.443/(/?4+2/?h)C(/z)输出振荡波形的占空比为D=tJT=(R+RflMR+2Rll)从上面的公式推导，可以得出(I)振荡周期与电源电压无关，而取决于充电和放电的总时间常数,RPttC,R、&的色有美.2振荡波的占空比与C的大小无关，而仅与此、/?的大小比值有关.2.3.2测量电阻的电路模块图是一个由!556时基电路构成的多谐振荡电路，由该电路可以测出此程在100a-20的电阻。该电路的振荡周期为Ttl+t2=(h2)(+RJC+(In2)RtC=(2)(R+2Rt)C其中4为输出高电平的时间,为输出低电平的时间.则：R+2Rx=!(加2)。为了使振荡颊率保持在1010(乂也这一段单片机计数的高精度范围内，需选择合适的C和R的值.第一个ift程选择/?=200Q.C=0.22MF,其次个Ift程选择R=20MXC=100o尸.这样，第一个盘程中,KY=Io0时/=(b2)C(R+2Rx)=1.443-O.22IO6(2(X)+2(M)16AkHZ其次个出程中，R=I/=!(b2)C(R+2Rx)=1.443l