簡易電容電阻電感測量儀

1、 淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院2013屆自動化專業(yè)課程設(shè)計報告 成績 成績課程設(shè)計報告題 目： 簡易電容電阻電感測量儀 學(xué)生姓名： 徐玉龍 學(xué)生學(xué)號： 0908020247 系 別： 電氣信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 屆 別： 2013 屆 指導(dǎo)教師： 苗 磊 電氣信息工程學(xué)院制2012年5月簡易電容電阻電感測量儀學(xué)生：徐玉龍指導(dǎo)教師：苗磊電氣信息工程學(xué)院自動化系1 設(shè)計任務(wù)及要求1.1任務(wù)設(shè)計并制作一臺數(shù)字顯示電阻參數(shù)的測試儀，示意框圖如下：圖1 系統(tǒng)示意框圖 1.2要求（1）測量范圍：電阻100-1M；電容 100pF-10000pF；電感 1000H-10mH。（2）測量精度：5%。（

2、3） 制作1602液晶顯示器，顯示測量數(shù)值2。2系統(tǒng)方案的制定2.1電阻測試方案 方案一：利用串聯(lián)分壓原理的方案 圖2 串聯(lián)分壓電路圖根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，串聯(lián)電路上電壓與電阻成正比關(guān)系。測量待測電阻Rx和已知電阻R0上的電壓，記為Ux和U0。方案二：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)的方案根據(jù)555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電阻阻值。由得上述三種方案從對測量精度要求而言，方案一的測量精度極差，方案二需要量的電阻值多，而且測量調(diào)節(jié)麻煩，不易操作與數(shù)字化，相比較而言，方案三還是比較符合要求的，由于是通過單片機讀取轉(zhuǎn)化，精確度會明顯的提高。故本設(shè)計選擇

3、了方案三。圖3 電阻測試電路2.2電容測量方案1方案一：利用串聯(lián)分壓原理的方案（原理圖同圖2-1），通過電容換算的容抗跟已知電阻分壓，通過測量電壓值，再經(jīng)過公式換算得到電容的值。原理同電阻測量的方案一。方案二：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)原理的方案。圖4 555定時器的電容測試電路根據(jù)555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過單片機讀取高低電平得出頻率，通過公式換算得到電容值。由：若R1=R2,得：上述三種方案從對測量精度要求而言，方案一的測量精度極差，方案二需要測量的電容值多，而且測量調(diào)節(jié)麻煩、電容不易測得準確值，不易操作與數(shù)字化，相比較而言，方案三還是比較符合要求的，由于是通過單片機讀取轉(zhuǎn)化，精確

4、度會明顯的提高。故本設(shè)計選擇了方案三。2.3電感測量方案1方案一：利用交流電橋平衡原理的方案。方案二：利用電容三點式正弦波震蕩原理的方案。 圖5 電感測試電路由：得：上述兩種方案從對測量精度要求而言，方案二需要測量的電感值多，而且測量調(diào)節(jié)麻煩、電感不易測得準確值，不易操作與數(shù)字化，相比較而言，方案二還是比較符合要求的，由于是通過單片機讀取轉(zhuǎn)化，精確度會明顯的提高。故本設(shè)計選擇了方案二。2.4 NE555的介紹1555集成電路開始是作定時器應(yīng)用的，所以叫做555定時器或555時基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時延時控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計量檢測。此外，還可以組成脈沖

5、震蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。它由于工作可靠、使用方便、價格低廉，目前被用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、基本R-S觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。圖6 555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖7 引腳圖管腳介紹：555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖（A）所示，按輸入輸出的排列可看成如圖（B）所示。其中6腳稱閾值端（TH），是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端，是下比較器的輸入；3腳是輸出端（VO），它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加電平?jīng)Q定；7腳是放電端（DIS），它是內(nèi)部放電管的

6、輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端（MR），加上低電平時可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端（VC），可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是接地端。典型應(yīng)用555震蕩器電路：由555構(gòu)成的多諧振蕩器如圖（a）所示，輸出波形如圖（b）所示。圖8 555定時器多諧震蕩電路及工作波形接通電源后，電源VDD通過R1和R2對電容充電，當Uc1/3VDD時，震蕩輸出Vo=1，放點截止。當Uc充電到大于等于2/3VDD后，震蕩輸出Vo翻轉(zhuǎn)成0，此后放點管道導(dǎo)通，使放電端不接地，電源VDD通過R1和R2又對電容C充電，又使Uc從1/3VDD上升到2/3VDD，觸發(fā)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)

7、，如此周而復(fù)始，從而在輸出端Vo得到連續(xù)變換的脈沖波形。脈沖寬度約等于0.7R2C，由電容C放點時間決定；TH=0.7(R1+R2)C，由電容C充電時間決定，脈沖周期T=TH+TL。2.5 STC89C52的介紹3STC單片機的優(yōu)點：加密性強,很難解密或破解；超強抗干擾；高抗靜電(ESD保護)；輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾(EFT測試)；寬電壓，不怕電源抖動；寬溫度范圍，-4085；I/O 口經(jīng)過特殊處理；單片機內(nèi)部的電源供電系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理；單片機內(nèi)部的時鐘電路經(jīng)過特殊處理；單片機內(nèi)部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理；單片機內(nèi)部的看門狗電路經(jīng)過特殊處理。超低功耗：（1）掉電模式：典型功耗0.1A。

8、 （2）空閑模式：典型功耗2mA。 （3）正常工作模式：典型功耗4mA-7mA。 （4）掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。圖9 STC89C52單片機最小系統(tǒng)原理圖2.6 LCD1602液晶的介紹本設(shè)計使用的1602液晶為5V電壓驅(qū)動，帶背光，可顯示兩行，每行16個字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。圖10 1602與單片機接口 表1 接口說明 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)口3VQ液晶顯示對比度調(diào)節(jié)11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12

9、D5數(shù)據(jù)口5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6數(shù)據(jù)口6E使能信號14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15BLA背光燈電源正極8D1數(shù)據(jù)口16BLK背光燈電源負極基本操作時序：讀狀態(tài) 輸入：RS=L,R/W=H,E=H。輸出：D0D7=狀態(tài)字。讀數(shù)據(jù) 輸入：RS=H,R/W=H,E=H。輸出：無寫指令輸入：RS=L,R/W=L,D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=L,D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出：無3 系統(tǒng)方案設(shè)計3.1 電阻測量電路的設(shè)計 1圖11電阻測量電路按下R_key，求出Rx的值，顯示在1602液晶屏上。3.2 電容測量電路的設(shè)計1圖12 電容測量電

10、路按下C_key，求出Cx的值，顯示在1602液晶屏上。 3.3 電感測量電路的設(shè)計2圖13 電感測量電路按下L_key求出Lx的值，顯示在1602液晶屏上。3.4 電阻、電容、電感顯示電路的設(shè)計【1】圖14 液晶顯示電路采用1602液晶顯示，耗能低，顯示數(shù)值范圍較大4 仿真結(jié)果和調(diào)試4.1 電阻測量電路仿真和調(diào)試 3圖15 電阻測試當配以不同的電阻值時，可以在液晶上得到不同的數(shù)值，具體見表2。4.2 電容測量電路仿真和調(diào)試 2 圖16 電容測試當配以不同的電容值時，可以在液晶上得到不同的數(shù)值，具體見表2。4.3 電感測量電路仿真和調(diào)試2圖17電感測試當配以不同的電容值時，可以在液晶上得到不同

11、的數(shù)值，具體見表2。4.4 實驗數(shù)據(jù)記錄表2實驗數(shù)據(jù)待 測 元 件單 片 機 顯 示 結(jié) 果待 測 電 阻標 稱 值（）頻 率（Hz）計 算 值（）相對誤差（%）R10000700101551.55100000711014481.448待測電容標 稱 值（pF）頻 率（Hz）計 算 值（pF）相對誤差（%）C1004819821000489821.8待測電感標 稱 值（uH）頻 率（Hz）計 算 值（uH）相對誤差（%）L10001960814484.485 心得體會這次模電課設(shè)的論文和設(shè)計是我這大學(xué)期間干的最有意義的事之一。從最初的選題，開題到寫論文直到完成論文。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與

12、同學(xué)交流，反復(fù)修改論文，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。通過這次實踐，我了解了簡易電阻、電容和電感測試儀的用途及工作原理，熟悉了其的設(shè)計步驟，鍛煉了設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設(shè)計能力。這次課程設(shè)計收獲很多，比如學(xué)會了查找相關(guān)資料相關(guān)標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的制作能力。這么一次鍛煉可以學(xué)到書本里許多學(xué)不到的知識，堅韌、獨立、思考等。但是課程設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。由于能力有限，未能做到準確測量電阻、電容和電感，某些測量結(jié)果誤差，測量范圍較小，感到有點兒遺憾。這次實踐是對自己模電所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很

13、不全面。本設(shè)計是在老師的精心指導(dǎo)和鼓勵下完成的。在此，謹向老師和幫助我的同學(xué)表示衷心的感謝！此外，我還要感謝在我的論文中所有被援引過的文獻的作者們，他們是我的知識之源！最后，再次向所有給予我?guī)椭凸膭畹耐瑢W(xué)和老師致以最誠摯的謝意！6 參考文獻 1 吳友宇，等. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.清華大學(xué)出版社，2009.2 康華光，等. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分、模擬部分）M.高等教育出版社，1998.3 郭天祥，等. 51單片機C語言教程-入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略M.電子工業(yè)出版社，2009.7附件7.1電路圖附件圖1系統(tǒng)原理圖7.2 程序代碼#include#define uint unsigned

14、int#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long#define PI 3.1415sbit R_key=P15;sbit C_key=P16;sbit L_key=P17;sbit R_out=P12;sbit C_out=P13;sbit L_out=P14;int r,c,l,a;unsigned long f,R1;int C1,L1;uchar tab=0123456789.;sbit rs=P20;sbit rw=P21;sbit en=P22;void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i0

15、;i-)for(j=110;j0;j-);void write_com(uchar com)rs=0;P0=com;delay(5);en=1;delay(5);en=0;void write_data(uchar date)rs=1;P0=date;delay(5);en=1;delay(5);en=0;void init()en=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);void display(int l,long temp)long tem=temp;int num

16、14=0;int counter=0,i=0;if(l=1)write_com(0x80+0x43);elsewrite_com(0x83);while(temp) temp=temp/10; counter+;for(i=counter-1;i=0;i-) numi=tem%10; tem/=10;for(i=0;icounter;i+) write_data(tabnumi);void keyscan() write_com(0x80); while(P1&0xe0) = 0xe0); write_com(0x01); if(R_key=0) r=1;a=1;write_data(R);w

17、rite_data(:); if(C_key=0) c=1;a=2;write_data(C);write_data(:); if(L_key=0) l=1;a=3;write_data(L);write_data(:); while(P1&0xe0) != 0xe0);void TIME_INIT() TMOD=0x01; TH0=0; TL0=0; EA=1; ET0=1; TR0=1;void main()init();TIME_INIT();while(1)TH0=0;TL0=0;TR0=1;keyscan();display(0,f);switch(a)case 1:R1=(ulong)(7213475.002135/f-150+0.5);display(1,R1);break;case 2:C1=(int)(5000000.0/106.0515216/f+0.5);display(1,C1);break;case3:L1=(int)(1000000000000.0/0.1/PI/PI/f/f+0.5);display(1,L1);break; void TIME0() interrupt 1uint th0,tl0;if(r=1)r=0;while(R_out);while(!R_out);TH0=0;TL0=0;while(