電容電感測試系統(tǒng)設計開題報告

1、 畢業(yè)設計（論文） 開題報告 題目名稱：基于微處理器的電容電感測試系統(tǒng)的設計 目錄1課題研究意義和目的·········································

2、83;··············································12 國內外該方向研究現(xiàn)狀及分析·

3、;··················································

4、;···························13 系統(tǒng)總體方案論證·····················

5、··················································

6、···················1 3.1方案比較·····························

7、83;·················································

8、83;··················1 3.2方案論證······························

9、··················································

10、··················24 系統(tǒng)硬件設計······························

11、83;·················································

12、83;···················2 4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明····························

13、;···············································2 4.2 RC測量電路·

14、;··················································

15、;·········································3 4.3 電容三點式振蕩電路······&#

16、183;·················································&#

17、183;······················4 4.4 各部分測試電路·························&

18、#183;·················································&

19、#183;··········45 系統(tǒng)軟件設計·····································

20、3;·················································

21、3;·········55.1 主程序流程圖·······································

22、;··················································

23、;·55.2 測量子程序流程圖··············································

24、3;···································66實施計劃·············

25、3;·················································

26、3;·········································77系統(tǒng)擬解決問題·······&

27、#183;·················································&

28、#183;····································78主要參考文獻············

29、;··················································

30、;····································71.課題研究意義和目的 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，在應用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。另外，隨著測

31、量技術的飛速發(fā)展以及人們對電參數(shù)的測量精度要求的提高，目前教學實驗中普遍采用的數(shù)字式萬用表已不能滿足測量要求，因此設計可靠，安全，便捷，測量精度更高的電阻，電容，電感測試儀具有廣泛的使用價值和應用前景。 在目前的生產制造業(yè)中,與傳統(tǒng)的手動交流電橋相比,數(shù)字LRC阻抗測量儀因其測量性能穩(wěn)定可靠,無需進行反復的、復雜的手動平衡,還可以減少測量誤差和結果計算,故已被越來越多地被應用于交流阻抗參數(shù)的測量。要保證LRC阻抗測量儀測量準確度,對其性能的考核就顯得尤為重要。2.國內外研究現(xiàn)狀及分析當今電子測試領域，電阻，電容和電感的測量已經在測量技術和產品研發(fā)中應用的十分廣泛。國內外電阻、電容和電感測試發(fā)展

32、已經很久，方法眾多，常用測量方法如下。1.電阻測量依據(jù)產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。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。2.傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測量技術的發(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。3.電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，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。早在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究

33、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。縱覽目前國內外的LRC測試儀，硬件電路往往比較復雜，體積比較龐大，不便攜帶，而且價格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測試LRC的過程中不夠智能而且體積笨重，價格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測試操作過程中需要調很多參數(shù)，對初學者來說很不方便，當今社會，對LRC的測試雖然已經很成熟了，但是價格和操作簡單特別是智能方面有待發(fā)展，價格便宜和操作簡單、智能化的儀表開發(fā)和應用存在巨大的發(fā)展空間，本系統(tǒng)正是應社會發(fā)展的要求，研制出一種價格便宜和操作簡單、自動轉換量程、體積更小、功能強大、便于攜

34、帶的LRC測試儀，充分利用現(xiàn)代單片機技術，研究了基于單片機的智能LRC測試儀，人機界面友好、操作方便的智能LRC測試儀，具有十分重要的意義。3 系統(tǒng)總體方案論證 3.1方案比較電阻、電容、電感測試儀的設計可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運算器法和積分運算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機結合或CPLD與EDA相結合等等來實現(xiàn)。在設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，但電路復雜，所用器件較多，靈活性差，測量精度低，現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) 應用廣泛，

35、它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設計中可采用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。 3)采用CPLD或FPGA實現(xiàn)應用目前廣泛應用的VHDL硬件電路描述語言，實現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設計，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對而言規(guī)模大，結構復雜。4)利用振蕩電路與單片機結合利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉化為頻率，而電感則是根據(jù)電容三點式電路也轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數(shù)字量，而頻率f是單片機很容易處理的數(shù)字量

36、，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現(xiàn)自動化，而且單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴展、系統(tǒng)配置靈活。容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。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)，而且設計時間短，成本低，可靠性高。3.2方案論證很多儀表都是把較難測量的物理量轉變精度較高且較容易測量的物理量。基于此思路把電子元件的集中參數(shù)L、R、C轉換成頻率信號f，然后用單片機計數(shù)后再運算求出L、R、C的值并顯示，轉換的原理分別是RC震蕩和LC三點式振蕩。其實這種轉換就是把模擬量近似轉換為數(shù)字量，頻率是單片機很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)值化處理一方面便于使儀表實

37、現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差，從而達到儀表的高可靠性、高精度和多功能。 綜上所述，利用振蕩電路與單片機結合實現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。4 系統(tǒng)硬件設計 4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明系統(tǒng)分測量電路和控制電路,系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示。被測電阻被測電容被測電感RC 振蕩電路LC電容三點式量程自動切換電路單片機AT89S52LCD顯示器RC 振蕩電路圖1.系統(tǒng)電路方框圖 4.2 RC測量電路 測量儀采用RC振蕩電路（如圖2）把待測元件參數(shù)信號轉換為脈沖頻率信號，充分利用單片機能夠精確捕捉采樣脈沖頻率信號的優(yōu)勢以及單片機強

38、大的數(shù)據(jù)處理功能，有效節(jié)省資源的同時還提高了測量精度，簡化了系統(tǒng)的硬件結構。圖2.RC振蕩電路 4.3 電容三點式振蕩電路 振蕩電路采用LC 振蕩電路（如圖3），振蕩的頻率由L 和C 確定。振蕩管采用9014, Rb1和Rb2為基極偏置, Rc為限流電阻, 電容C1、C 2和電感L 構成正反饋選頻網絡, 反饋信號取自電容C2兩端。該電路也稱為電容3點式振蕩電路。輸入信號和反饋信號同相。在測量過程中, 當測量電感時, 輸入電路自動把待測電感Lx 并聯(lián)到L 的兩端。當測量電容時, 輸入電路自動把要測量的電容Cx 并聯(lián)到C1 的兩端。圖3.振蕩電路 4.4 各部分測試電路 （1）電阻測量電路 電阻的

39、測量采用“ 脈沖計數(shù)法”, 由555 電路構成的多諧振蕩電路,555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：得出即（2）電容測量電路電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法”,由555 電路構成的多諧振蕩電路,通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：T=t+t=(ln2)(R+R)·C+(ln2)R·C設R=R,得出即 （3）電感測量電路電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。LC 回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件是同性質的,另外一個電抗元件為異性質的,而與發(fā)射極相連的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路,成為電容三點式電路：得出即5 系統(tǒng)軟件設計5.1 主程序流程圖 本系統(tǒng)是通過定時器定時并在定時期間對LRC電路所產生的脈沖進行統(tǒng)計,通過內部程序計算出相應的值并在LCD上顯示。主程序流程圖如圖4所示。 圖4.主程序流程圖5.2 測量子程序流程圖圖5.測量子程序流程圖測量頻率擬定為1秒鐘，具體由顯示效果確定。6實施計劃第1周 定下方案，