RLC測(cè)試課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 “電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)課題： RLC參數(shù)測(cè)試儀 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 評(píng)閱意見：評(píng)閱意見設(shè)計(jì)課題題目： RLC參數(shù)測(cè)試儀 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1、測(cè)量范圍：電阻 100-1M； 電容 100pF-10000pF； 電感 100H-10mH。2、制作1602液晶顯示器，顯示測(cè)量數(shù)值，并用發(fā)光二級(jí)管分別指示所測(cè)元件的類別。 3、測(cè)量精度：5%。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1電阻測(cè)量方案方案一：利用串聯(lián)分壓原理的方案 R0RxGNDVCC 圖2-1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(cè)量待測(cè)電阻Rx和已知電阻R0上的電壓，記為Ux和U0

2、. ，方案二：利用直流電橋平衡原理的方案 R2R1GNDVCCGRxR3 圖2-2 直流電橋平衡電路圖根據(jù)電路平衡原理，不斷調(diào)節(jié)電位器R3，使得電表指針指向正中間，再測(cè)量電位器電阻值。方案三：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)的方案 圖1 555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路圖 根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生脈沖波形，通過(guò)單片機(jī)讀取高低電平得出頻率，通過(guò)公式換算得到電阻阻值。 上述三種方案從對(duì)測(cè)量精度要求而言，方案一的測(cè)量精度極差，方案二需要測(cè)量的電阻值多，而且測(cè)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(guò)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)化，精確度會(huì)明顯的提高。故本設(shè)計(jì)選擇了方案三2.2電容測(cè)量方案方

3、案一：利用串聯(lián)分壓原理的方案（原理圖同圖2-1）通過(guò)電容換算的容抗跟已知電阻分壓，通過(guò)測(cè)量電壓值，再經(jīng)過(guò)公式換算得到電容的值。原理同電阻測(cè)量的方案一。方案二：利用交流電橋平衡原理的方案（原理圖同圖2-2） 通過(guò)調(diào)節(jié)Z1、Z2使電橋平衡。這時(shí)電表的讀數(shù)為零。通過(guò)讀取Z1、Z2、Zn的值，即可得到被測(cè)電容的值。 方案三：利用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)原理的方案 圖2 555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路圖 單片機(jī)接一獨(dú)立按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，NE555的3引腳輸出方波，3腳與單片機(jī)相接，可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出Cx的值，顯示在1602液晶屏上。 上述三種方案從對(duì)測(cè)量精度要求而言，方案一的測(cè)量精度極差，方案二需要測(cè)量

4、的電容值多，而且測(cè)量調(diào)節(jié)麻煩、電容不易測(cè)得準(zhǔn)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(guò)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)化，精確度會(huì)明顯的提高。故本設(shè)計(jì)選擇了方案三。2.3電感測(cè)量方案方案一：利用交流電橋平衡原理的方案。方案二：利用電容三點(diǎn)式正弦波震蕩原理在通過(guò)555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)原理輸出脈沖的方案 圖3 電容三點(diǎn)式正弦波震蕩電路圖 由于電容三點(diǎn)式震蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)較小，所以先加一級(jí)單管放大，在跟比較器將正弦波轉(zhuǎn)化成方波。單片機(jī)接一獨(dú)立按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，運(yùn)放輸出口輸出方波，該口與單片機(jī)相接，可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出Lx的值，顯示在1602液晶屏上。 上述兩種方案從對(duì)測(cè)量精度要求而言，

5、方案二需要測(cè)量的電感值多，而且測(cè)量調(diào)節(jié)麻煩、電感不易測(cè)得準(zhǔn)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(guò)單片機(jī)讀取轉(zhuǎn)化，精確度會(huì)明顯的提高。故本設(shè)計(jì)選擇了方案二。2.4電阻、電容、電感電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是單片機(jī)STC15F系列開發(fā)板作為主控中心： RLC參數(shù)測(cè)試模塊 單片機(jī)STC15F12K60S2和液晶顯示模塊各接口分配電阻、電容和電感測(cè)試顯示選擇按鍵三、單元電路分析與設(shè)計(jì)1原理分析 電阻和電容測(cè)量參數(shù)是通過(guò)NE555震蕩電路輸出方波，供單片機(jī)測(cè)量計(jì)數(shù)可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出電阻和電容的值，電感測(cè)量參數(shù)先經(jīng)過(guò)電容三點(diǎn)式震蕩電路，產(chǎn)生正弦波。然后進(jìn)過(guò)NE555震蕩

6、電路輸出方波，單片機(jī)測(cè)量計(jì)數(shù)可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出電感的值。2. 仿真結(jié)果3.2.1 電阻測(cè)量電路仿真仿真電路圖： 接一獨(dú)立按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，NE555的3引腳輸出方波，3腳與XSC1相接，可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出Rx的值，顯示在液晶屏上。輸出波形： 3.2.2 電容測(cè)量電路仿真仿真電路圖：接一獨(dú)立按鍵，當(dāng)其按下時(shí)，NE555的3引腳輸出方波，3腳與XSC2相接，可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出Cx的值，顯示在液晶屏上。輸出波形：3.2.3 電感測(cè)量電路仿真仿真電路圖：由于電容三點(diǎn)式震蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)較小，所以先加一級(jí)單管放大，在跟比較器將正弦波轉(zhuǎn)化成方波。接一獨(dú)立按鍵，當(dāng)其按下時(shí)

7、，運(yùn)放輸出口輸出方波，該口與XSC1相接，可通過(guò)程序測(cè)出其頻率，進(jìn)而求出Lx的值，顯示在液晶屏上。 輸出波形：3. 電阻、電容、電感顯示電路的設(shè)計(jì)采用1602液晶顯示，耗能低，顯示數(shù)值范圍較大四、軟件部分設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)中，便于直觀性，在液晶屏上顯示被測(cè)參數(shù)的選擇，被測(cè)參數(shù)各個(gè)燈的選擇以及具體設(shè)置。通過(guò)按鍵來(lái)進(jìn)行靈活控制。4.2 中斷程序流程圖測(cè)試電阻并顯示按鍵中斷入口判斷按鍵值OK鍵鍵值=1?進(jìn)入選擇檔位界面檔位鍵值變化?電阻檔電容檔電感檔OK鍵鍵值=0 ?顯示主界面測(cè)試電容并顯示測(cè)試電感并顯示YYNYNN五、安裝與調(diào)試5.1 電阻、電容和電感測(cè)量電路調(diào)試

8、接通電源，用示波器觀察輸出波形，若為方波，則電路焊接無(wú)誤，否則檢查電路，在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，若改變電源電壓，輸出方波的頻率會(huì)發(fā)生變化，計(jì)算出的數(shù)值存在一定誤差，當(dāng)VCC為3.25V左右時(shí)誤差較小測(cè)小電阻時(shí)，我們可以采用給待測(cè)電阻串聯(lián)合適的已知標(biāo)準(zhǔn)電阻的方法，來(lái)提高測(cè)量精度；測(cè)電感時(shí)，給待測(cè)電感串聯(lián)合適的已知標(biāo)準(zhǔn)電感。5.2 液晶顯示電路調(diào)試將測(cè)量電路的輸出分別與單片機(jī)的P30、P32、P33相接，觀察液晶是否顯示測(cè)量結(jié)果。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，電阻、電容的測(cè)量誤差較小，由于電容三點(diǎn)式震蕩電路的頻率不穩(wěn)定，電感測(cè)量的誤差較大。6、 系統(tǒng)測(cè)試與分析6.1 系統(tǒng)測(cè)試 （1）測(cè)試原理：在

9、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以MCS-51單片機(jī)為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀，將電阻，電容，電感，使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入AT89C52的計(jì)數(shù)端端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。以Keil51為仿真平臺(tái)，使用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊(2)測(cè)試儀器：示波器，萬(wàn)用表，穩(wěn)壓電源，計(jì)算機(jī)。 (3)測(cè)試結(jié)果：通過(guò)按鍵，實(shí)現(xiàn)其按鍵所對(duì)應(yīng)的功能，并觀察測(cè)試結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行

10、校正和對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn)，并記錄觀察結(jié)果6.2測(cè)試方法 根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)搭好好電路通過(guò)通過(guò)撥碼選擇給個(gè)部分模塊供電，再測(cè)量前用電橋測(cè)量?jī)x測(cè)出所需測(cè)量電阻電容與電感的實(shí)際值，再根據(jù)單片機(jī)提示選擇選擇所需測(cè)量器件。測(cè)量順序按電阻，電容，電感的順序。器件按由小到大依次測(cè)量，再根據(jù)單片機(jī)實(shí)測(cè)值與電橋測(cè)量?jī)x所測(cè)值計(jì)算出測(cè)量誤差6.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（a）電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表所示電阻參數(shù)（k）0.11.0101005001000參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試值0.0960.979.8799.6500985自制儀器測(cè)試值1021025104521064105309011079440相對(duì)誤差6.25.75.96.86.1

11、9.5（b）電容測(cè)試數(shù)據(jù)如表所示。電容參數(shù)（pF）50100500100010000參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試值94.02424.0940.044609376.0自制儀器測(cè)試值151550.01310608315006相對(duì)誤差60.629.739.330.560.1（c）電感測(cè)試數(shù)據(jù)如表所示電感參數(shù)100uH470uH1mH1mH參數(shù)測(cè)試儀測(cè)試值70.10385.08008.860自制儀器測(cè)試值120580114813547相對(duì)誤差71.150.743.552.3七、結(jié)論與心得這次課設(shè)的論文和設(shè)計(jì)是我這大學(xué)期間干的最有意義的事之一。我了解了電子制作的許多知識(shí)，在以前的基礎(chǔ)上對(duì)模擬電路有了更深層次的認(rèn)識(shí)。這

12、次的設(shè)計(jì)大多數(shù)都是模擬電路，對(duì)模擬電路的要求比較高，而在這之前基本都沒(méi)有接觸過(guò)這些東西，在制作過(guò)程中也遇到了不少問(wèn)題，比如運(yùn)放選型就是一個(gè)頭疼的問(wèn)題，運(yùn)放的種類有很多，參數(shù)也各不相同，需要對(duì)照芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)選出自己需要的型號(hào)。以前對(duì)電路設(shè)計(jì)也沒(méi)有概念，面對(duì)一個(gè)現(xiàn)成的電路也怎么分析，無(wú)從下手，更何況是自己設(shè)計(jì)電路呢。不過(guò)通過(guò)這次制作，我學(xué)會(huì)了如何分析一些小規(guī)模的模擬電路，并且能自己設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單功能的模擬電路，我覺得學(xué)會(huì)這些東西是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)獲得的最大收獲。 在制作過(guò)程之中遇到了好多細(xì)節(jié)問(wèn)題都是以前容易忽視掉的。比如，以前不關(guān)注電源的質(zhì)量以及紋波大小，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量之后感覺電壓符合

13、就拿來(lái)用了，卻不知道電源紋波對(duì)電路影響。制作過(guò)模擬電路之后才有了電源紋波這個(gè)概念，特別是運(yùn)放，對(duì)電源要求相當(dāng)高。給模擬電路供電的電源質(zhì)量要相當(dāng)可靠，而且需要用示波器觀察電源輸出直流量中的紋波大小。紋波太大會(huì)影響運(yùn)放的正常工作，特別是在小信號(hào)電路中，有時(shí)候紋波噪聲會(huì)將有用信號(hào)全部覆蓋掉，單片機(jī)的電源紋波也得保證在十毫伏以下，否則會(huì)影響單片機(jī)AD的轉(zhuǎn)換精度，總結(jié)了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，我覺得以后做東西的時(shí)候要更加的細(xì)心，遇到問(wèn)題要多思考，問(wèn)題不解決徹底會(huì)留有后患的。閱讀芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)不能一味的追求中文版，有時(shí)候中文版本翻譯的不仔細(xì)，造成的錯(cuò)誤也不易查找。調(diào)整心態(tài)，堅(jiān)持去看英文原版數(shù)據(jù)手冊(cè)，看的多了就不

14、會(huì)厭煩英文數(shù)據(jù)手冊(cè)了，許多事情還是習(xí)慣了就好了。參考文獻(xiàn) 1申忠如，申淼，譚亞麗.MCS-51單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).西安交通大學(xué)出版社，2008年3月第1版 2申忠如，郭福田，丁暉現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.2 3付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù)M.北京化學(xué)工業(yè)出版社，2004 4張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997 5夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2001，2003.1 6 馬忠梅，單片機(jī)的C語(yǔ)言Windows環(huán)境編程寶典M, 北京

15、：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.6；     附錄：1.主要元件清單及PCB圖元件型號(hào)數(shù)量單片機(jī)STC15F2K60S21電位器10K4瓷片電容103（0.01uF）1瓷片電容104（0.1uF）7電阻300R1電阻100K2電阻1K2電阻2K1電阻510K2按鍵4液晶16021555定時(shí)器NE5553電解電容50V，22uF1三極管S8050（NPN型）2PCB圖2. 實(shí)物圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊電感模塊 電阻電容模塊3.程序代碼#include <STC15F2K60S2.H>#include <intrins.h>

16、;#define T1MS (65536-FOSC/12/1000) /12T?#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulong unsigned long#definePI 3.1415926uchar table216="f(Hz)="uchar table316="R(Ohm)="uchar table416="C(pF)="uchar table516="L(uH)= "uchar num,cc=0,th0,tl0;uint

17、C,L;ulong f=0,R;int jishu=0;char ii=0;bit xuanzhe=1;/這三個(gè)引腳參考資料sbit E=P22;/1602使能引腳sbit RW=P21;/1602讀寫引腳sbit RS=P20;/1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳sbit key_R=P34; /?sbit key_C=P35; /?sbit key_L=P36; /?sbit key_X=P37;sbit R_out=P32;/?sbit C_out=P33;/?sbit L_out=P30;/?bit bb=1;void Rrr(void) f=0;bb=1; TR0=1;EX0 = 1;whi

18、le(bb);EX0 = 0; void Lrr(void) f=0;bb=1;TR0=1;INT_CLKO |= 0x40;while(bb);INT_CLKO &= 0xbf;void Crr(void) f=0; bb=1; TR0=1;EX1 = 1;while(bb);EX1 = 0; void delayms(uint xms) uint i,j; for(i=xms;i>0;i-)for(j=1330;j>0;j-);void delay() uint i;for(i=0;i<4;i+) _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_

19、nop_();bit Busy(void)bit busy_flag = 0;RS = 0;RW = 1;E = 1;delay();busy_flag = (bit)(P2 & 0x01);E = 0;return busy_flag;void wcmd(uchar del)uchar del2=0,i;while(Busy();RS = 0;RW = 0;E = 0;delay();P0 = del;delay();E = 1;delay();E = 0;void wdata(uchar del)uchar del2=0,i;while(Busy();RS = 1;RW = 0;E

20、 = 0;delay();P0 = del; delay();E = 1;delay();E = 0;void L1602_init(void)wcmd(0x38);wcmd(0x0c);wcmd(0x06);wcmd(0x01);void t0_init() AUXR &= 0x7F;/?12T?TMOD &= 0x00;TMOD = 0x01;/?TL0 = 0xB0;/?TH0 = 0x3C;/?TF0 = 0;/?TF0?TR0 = 0;PX0=1; IT0 = 1; IT1= 1; EX0 = 0; EX1 =0;EA=1;void t_init()TMOD &

21、;= 0x00; AUXR &= 0x7F;/?12T? TMOD = 0x02;/? TL0 = 0xF6;/? TH0 = 0xF6;/? TF0 = 0;/?TF0? TR0 = 0;/?0? ET0 = 1;/?0? EA = 1;void keyscan() if(key_R=0) delayms(10);while(key_L=0); cc=1; else if(key_C=0) delayms(10);while(key_C=0); cc=2; else if(key_L=0) delayms(10); while(key_L=0); cc=3; elseif(key_X

22、=0)delayms(10);while(key_X=0);xuanzhe=!xuanzhe;/while(key_R&&key_C&&key_L);/?void int0_Int(void) interrupt 0 f+; void int4_Int(void) interrupt 16 f+; void Outside(void) interrupt 2 f+; void T_count() interrupt 1 if(xuanzhe) f+; else TL0 = 0xB0;/?TH0 = 0x3C;/? if(+jishu=20) jishu=0;TR

23、0=0; EX0=0; bb=0; void L1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar *p)uchar a,b=0;if(hang = 1) a = 0x80;if(hang = 2) a = 0xc0;a = a + lie - 1;while(1)wcmd(a+);if(*p = '0')|(b=16) break;b+;wdata(*p);p+;void T0_count() TL0 = 0xF6;/? TH0 = 0xF6;/? f=0; switch(cc) case 1:while(!R_out); while(R_out);

24、 TR0 = 1; while(!R_out); while(R_out); TR0=0; break; case 2:while(!C_out); while(C_out);TR0 = 1; while(!C_out); while(C_out); TR0=0; break;case 3:while(!L_out); while(L_out); TR0 = 1; while(!L_out); while(L_out); TR0=0; break;default :break; / f=1/(th0*256+tl0)*0.5*1000000.0;f=1000000.0/f/10; void d

25、isplay_f(ulong f) uchar count=0; ulong f0; wcmd(0x80|0x06);for(ii=0;ii<10;ii+)wdata(' '); f0=f; while(f) f=f/10; count+; for(num=5+count;num>5;num-) table2num=f0%10+48;f0=f0/10; wcmd(0x80); for(num=0;num<6+count;num+) wdata(table2num); void display_R(ulong R) uchar count=0; ulong R0

26、; R0=R;wcmd(0x80|0x47);for(ii=0;ii<8;ii+)wdata(' '); while(R) R=R/10; count+; for(num=6+count;num>6;num-) table3num=R0%10+48;R0=R0/10; wcmd(0x80|0x40); for(num=0;num<7+count;num+) wdata(table3num);delayms(5); /?void display_C(uint C) uchar count=0; uint C0; C0=C; wcmd(0x80|0x47);for

27、(ii=0;ii<8;ii+)wdata(' '); while(C) C=C/10; count+; for(num=5+count;num>5;num-) table4num=C0%10+48;C0=C0/10; wcmd(0x80|0x40); for(num=0;num<6+count;num+) wdata(table4num); /?void display_L(uint L) uchar count=0; uint L0; L0=L;wcmd(0x80|0x47);for(ii=0;ii<8;ii+)wdata(' '); while(L) L=L/10; count+; for(num=5+count;num&