單片機(jī)RLC測量儀參考論文

1、 畢 業(yè) 論 文論文題目 簡易RLC測量儀的設(shè)計和實現(xiàn) 系 別 信息與電子信息工程 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 班 級 學(xué) 號 1 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師（簽名） 完成時間 年 摘要在現(xiàn)代生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)常需要測定電阻、電容、電感的大小。因此，設(shè)計一款可靠、便捷、人機(jī)界面友好的電阻、電容、電感測試儀具有十分重要的意義。本系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心而設(shè)計的電阻、電容、電感測試儀，即用對應(yīng)的振蕩電路將電阻、電容、電感轉(zhuǎn)化為頻率來實現(xiàn)各個參數(shù)的測量。其中，測量電阻值和電容值的方法是將元器件接入555多諧振蕩電路，產(chǎn)生相應(yīng)的震蕩脈沖，而同樣的測量電感值是根據(jù)電容三點式產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖，隨后將振蕩脈沖送入單片機(jī)的計數(shù)端，

2、通過定時并且計數(shù)可以計算出相應(yīng)的頻率，再通過該頻率計算出被測參數(shù)。本系統(tǒng)使用C語言編寫程序軟件，包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊和測量類型選擇模塊。主要用到的芯片有STC89C52,NE555，CD4052，其中STC89C52為主芯片，運用其計數(shù)和可編程計算的功能接收來自測試模塊的脈沖并完成頻率轉(zhuǎn)換和計算，再將結(jié)果輸出至顯示模塊；NE555芯片用于三個測試模塊，即脈沖產(chǎn)生源；CD4052芯片則是用于測量類型的選擇，即在電阻、電容、電感測試模塊中選擇。電路中使用LM7805穩(wěn)壓管穩(wěn)定電路電源。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)總體上達(dá)到了對電阻、電容、電感的測試的基本要求，其所

3、測參數(shù)也基本滿足設(shè)計要求，具有較好的使用價值。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；555多諧振蕩電路；顯示模塊；電容三點式振蕩Design of the RLC meterAbstractIn the modern application of procreative, the numerical value of the resistor, capacitor,and inductor are often needed to measure. Therefore, it is of great significance to design a reliable, convenient and friendly

4、man-machine interface of resistor, capacitor, inductor tester . This system, tester of resistor, capacitor, inductor ,is based on single chip microcomputer. the corresponding oscillation circuit would convert the value of resistor, capacitor, inductor into frequency to realize each parameter measure

5、ment. Among that, the measuring method of resistance and capacitance value is accessing the component to 555 harmonic oscillation circuit then produce the corresponding shock pulse. In the same way, the pulse of measuring the inductance value is coming from oscillator circuit of three-point capacita

6、nce. The oscillation pulse is sended into single chip microcomputer count point and the corresponding frequency can be calculated through timing and counting the oscillation pulse. Finally,the value of RLC can be gained by calculating frequency.This system uses C language to write programs. All modu

7、les can be divided into main program module, display module, resistance testing modules, capacitors and inductors test module, and measurement type selection module. STC89C52 as the main chip in this system while NE555, CD4052 as the auxiliary chip. STC89C52 can realize counting and programming calc

8、ulation function so it can receive pulse which is from testing modules and complete the frequency conversion and calculation. testing modules is made up of 555 multivibrator circuit,it also namely pulse source. CD4052 is used for choosing Measuring type,namely choose to test resistance, capacitors o

9、r inductors. stabilivolt circuit is make up of LM7805. After testing, the system overall met with the basic requirement of testing resistance, capacitance and inductance. The value it gained is also basically meet the design requirements.So it is great valuable. Keywords: single-chip microcomputer 5

10、55harmonic oscillation circuit module display module   oscillator circuit of three-point capacitance 目錄第一章 引言11.1 背景及意義11.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計32.1 設(shè)計原理32.2 方案的比較3第三章 單元模塊電路的設(shè)計73.1 系統(tǒng)框圖73.2 控制模塊83.3 電阻測量模塊93.4 電容測量模塊123.5 電感測量模塊133.6 多路選擇開關(guān)133.7 LCD12864液晶顯示模塊15第四章 軟件設(shè)計174.1 主程序結(jié)構(gòu)174.2子程序19第五章

11、系統(tǒng)的調(diào)試及誤差分析225.1 測量結(jié)果225.2 結(jié)果分析22第六章 結(jié)束語236.1 設(shè)計總結(jié)236.2 結(jié)束語24參考文獻(xiàn)25附錄26致謝36第一章 引言1.1 背景及意義隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展，電子元器件的應(yīng)用也越來越廣泛。無論是生活中還是生產(chǎn)過程中，我們都能看見電子元器件的身影，電子元器件幾乎涉及了所有現(xiàn)代領(lǐng)域，包括軍事，航天航空，現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)等等。電子元器件的應(yīng)用廣泛了，其參數(shù)的測量也變得越來越重要。對于電子元器件而言，最基本的元件當(dāng)屬電阻R、電容C和電感L，因此研究設(shè)計出一款測量電阻、電容和電感的儀器是非常有意義的。 如今專門測量RLC的儀器并不缺乏，甚至可以說比比皆是。只是應(yīng)用的

12、領(lǐng)域不同，要求不同，設(shè)計者考慮的方式也不同，相應(yīng)的生產(chǎn)出來的產(chǎn)品也就不同。雖然產(chǎn)品不同，但是總體而言方法卻是相同的。有關(guān)于電阻的測量，大體上可以分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法三種。電位降法即是根據(jù)電位差間接計算出電阻值，這種方法計算過程相對簡單，然而要獲取準(zhǔn)確的電位差則有一定的難度，比例運算器法測量結(jié)果誤差稍大，積分運算器法則更適合用于高阻值的電阻測量。三種方法各有優(yōu)缺點，但因為在生產(chǎn)應(yīng)用中的要求不同，側(cè)重點不同，三種方法也都會使用到，因而至今都未被淘汰。測量電容的方法也有很多，傳統(tǒng)的有諧振法和電橋法兩種。諧振法電路簡單，速度快，但精度低，生活中因為不要求測量非常準(zhǔn)確的電阻值，所以用

13、到的測量電容的工具一般都是根據(jù)諧振法而設(shè)計的；電橋法測量精度高，但速度慢，一些高科技精密儀器大多依據(jù)電橋法設(shè)計的。相對于電阻和電容，生活中電感的測量就比較少見，然而這并不意味著它在生產(chǎn)應(yīng)用中就少。通過測量Q值，可以確定電感值，但這種方法誤差較大，也有很多非精密儀器中，電感的數(shù)字化測量采用時間常數(shù)法和同步分離法。如果要求測出精度很高的電感值，一般都是根據(jù)交流電橋法設(shè)計電路。從以上對測量電阻、電容、電感多種方法的分析可知，很多RLC的測量方法各有優(yōu)缺點，并且都具有一定的復(fù)雜性，因此本設(shè)計根據(jù)555振蕩器的震蕩原理，結(jié)合單片機(jī)的多種功能，擬定了一套自己的方案，設(shè)計一款體積小便攜帶，操作簡單，價格便宜

14、的RLC測量儀。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r電阻、電容和電感作為最基本的電子元器件，它們出現(xiàn)的同時，其測量儀器也就隨著產(chǎn)生。隨著科技的進(jìn)步，電子行業(yè)的飛速發(fā)展，電阻、電容、電感三種電子元器件也在飛速發(fā)展，具體體現(xiàn)在它們的材質(zhì)、耐高溫高壓和穩(wěn)定性等方面上。電子元器件的飛速發(fā)展，勢必也會帶動其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此用于測量RLC三種元器件的測量方法和儀器也相應(yīng)的迅速發(fā)展起來。然而，相對于國外的RLC測試行業(yè)，國內(nèi)的測試行業(yè)總體發(fā)展比較落后。1997年我國航空工業(yè)總公司就研究出了一種在線測量電阻、電容、電感的方法，名為等電位隔離法，這種方法可以對處于工作狀態(tài)的電阻、電容、電感進(jìn)行實時測量。當(dāng)時這種方法大多

15、應(yīng)用于生產(chǎn)車間中，對在線生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控，確保生產(chǎn)過程的安全性和產(chǎn)品的高質(zhì)量，具有很強(qiáng)的實用性，至今很多在線電阻電容電感的監(jiān)控方法基本上都以此方法為基礎(chǔ)研究發(fā)展而來。在不要求極高精度的情況下，大多數(shù)消費者都選用萬用表進(jìn)行電阻和電容的測量，尤其是電阻的測量。萬用表能測量的電阻的范圍比較寬，但需要用戶自行調(diào)節(jié)選取檔位，不能實現(xiàn)一鍵測量，此外萬用表測試的原理都與電壓有關(guān)，即其測量的所有參數(shù)基本上都是在測量電壓之后再對所測得電壓進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后才能得出待測參數(shù)，因此，運用萬用表的測量得出的電阻電容值具有一定的誤差。目前萬用表不設(shè)置測量電感的功能，電感的測量一般采用電橋或者高頻Q表，價格相對萬

16、用表而言更貴一些。市場上將測量電阻電容電感三者集于一體的儀器還比較少見，即便是有也是價位高體積大不易于攜帶的，這一現(xiàn)象與國內(nèi)人們對測試測量儀器的傳統(tǒng)觀念有關(guān)。也許是因為國內(nèi)本土研發(fā)產(chǎn)業(yè)起步比國外晚，技術(shù)存在一定的差距，因此人們所有的重心都聚集在研發(fā)產(chǎn)業(yè)，而忽略了產(chǎn)品研發(fā)之后的測試測量。人們更關(guān)心最后功能的實現(xiàn)，卻往往忽略了產(chǎn)品出產(chǎn)之后對各個元器件的測試與維護(hù)。因此價格便宜，操作簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵測量的，集RLC三者測量功能于一體的測試儀的研究具有極大的意義。隨著科技的進(jìn)步，國內(nèi)研發(fā)人員也慢慢改變傳統(tǒng)觀念，開始重視測試測量儀器的研究，雖然市場上還未普及集RLC三者測量功能于一體的測試儀，但卻有很

17、多學(xué)者對其進(jìn)行了課題研究。比如基于自由軸式的RLC測量儀1的研究，此種類型的研究，大多從模擬鑒相或者準(zhǔn)數(shù)字鑒相入手來研究RLC的測試，也有研究者提出由DDS信號尋址正弦數(shù)據(jù)表，來獲得正交基準(zhǔn)相位信號，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)自由軸式法測量精度低、速度慢的不足。除了自由軸式法，也有研究者提出基于IEEE-488接口的RLC測量儀的研究。現(xiàn)如今很多儀器儀表的檢測數(shù)據(jù)要上傳計算機(jī)進(jìn)而進(jìn)行運算，然而在儀器與計算機(jī)連接時由于兼容問題而產(chǎn)生的麻煩總是阻礙了儀器儀表類的發(fā)展，而IEEE 488并行外總線則可以解決此類問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)而研究的RLC測量儀則是側(cè)重于與計算機(jī)的連接，以計算機(jī)操控儀器對RLC的測量，免去了測量

18、者與器件之間的直接接觸，在遠(yuǎn)程測量方面具有很大的發(fā)展前景。再有一種就是基于單片機(jī)的RLC測量儀的研究，單片機(jī)也叫微控制器，此類型的研究都是運用其強(qiáng)大的中央處理器、定時計數(shù)器來完成目標(biāo)功能的實現(xiàn)。本設(shè)計就是基于單片機(jī)2的RLC測量儀的研究，因為單片機(jī)可編程控制實現(xiàn)對RLC的測試，價格實惠，體積小便于攜帶，具有很高的實用價值。第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 設(shè)計原理單片機(jī)按不同的標(biāo)準(zhǔn)分類，可分成很多種類型，按其出產(chǎn)公司分類也可分為幾大類，現(xiàn)在市場上比較常見的出產(chǎn)單片機(jī)的公司有STC，STC單片機(jī)主要基于8051內(nèi)核，有全球唯一ID號，加密性好，抗干擾強(qiáng)，很受廣大消費者的歡迎，因此STC的應(yīng)用相對廣泛

19、；ATMEl公司的51系列單片機(jī)也是很受歡迎，尤其是初學(xué)者，一般都以通用型的51單片機(jī)入門。本設(shè)計研究基于單片機(jī)的RLC測量儀，基于以上對單片機(jī)的了解，加上設(shè)計者對單片機(jī)的知識儲備和熟練程度，同時根據(jù)本設(shè)計的性能指標(biāo)要求，最終決定采用STC89C52單片機(jī)為本設(shè)計主芯片，運用其16 位定時器/計數(shù)器，外部中斷，串口通信等功能和特性，與NE555振蕩電路構(gòu)成本設(shè)計的兩大主模塊，有關(guān)STC89C52單片機(jī)和NE555的介紹會在第三章進(jìn)行，以下是三種測量RLC的方案比較。2.2 方案的比較2.2.1電橋法電橋法3可以分為直流電橋和交流電橋兩種，無論是直流電橋還是交流電橋都有研究者以其為原理進(jìn)行RLC

20、測試儀的研究，從其名稱上就可以看出兩者的區(qū)別在于一個是直流電源，一個是交流電源，事實上兩者對RLC的測量原理基本上是一致的。電橋法的原理圖如圖2-1所示，圖中的Z1，Z2，Zx，Z3可以是電阻也可以是電容或者電感，只要四者滿足電橋平衡條件即可，其平衡條件如下： (2-1)GZ1Z2ZxZn圖2-1 RLC測量電橋圖中一般以Zx表示待測元器件，Z1為比較臂，其余兩者為比例臂，要計算Zx的值，首先要調(diào)節(jié)四者達(dá)到平衡，即電表G讀數(shù)顯示要為零。調(diào)節(jié)電橋平衡的方法有兩種，一種是保持Z1不變，同時調(diào)節(jié)Z2和Z3，當(dāng)G表讀數(shù)顯示為零時即可，另一種就是保持Z2、Z3不變，調(diào)節(jié)Z1直至G表顯示為零，相對而言第二

21、種方法得出的結(jié)果更為準(zhǔn)確，因此一般都選用第二種方法進(jìn)行電橋平衡調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)電橋平衡之后就可以根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)聯(lián)立方程組進(jìn)行計算求解，圖中除了待測元器件之外，其他都是可讀值，即便不是可直接讀值，也要設(shè)計外圍電路求得其值才可進(jìn)行計算。由以上分析可知，電橋法測量RLC，在每一次測量元器件的時候都需要進(jìn)行手動調(diào)節(jié)，為了得到Z1、Z2、Z3三者的讀數(shù)，還需另外設(shè)計三者的外圍電路，最后還需測試者手動計算待測器件的值，綜上所述，本設(shè)計不采用電橋法進(jìn)行本次RLC測量儀的設(shè)計。2.2.2諧振法如圖2-2所示，其中C為標(biāo)準(zhǔn)電容，L是被測電感，Co是被測電感的分布電容。諧振法顧名思義就是需要電路諧振，電路中需要產(chǎn)生一個

22、信號頻率使電路諧振，然后需要測量Co的值，需要測量接標(biāo)準(zhǔn)電容時的信號源頻率f1和不接標(biāo)準(zhǔn)電容時的頻率f2，然后根據(jù)公式計算，公式如下： （2-2）圖2-2 并聯(lián)諧振法測量電感L諧振法4測量電容的原理大體上跟以上所描述的差不多，都是設(shè)計一個諧振電路，調(diào)節(jié)信號源使電路諧振，記錄下所需數(shù)據(jù)最后進(jìn)行計算。運用諧振法測量L、C，電路的設(shè)計很關(guān)鍵，圖2-2只是一個大體上的原理圖，在實際的電路圖中還需要一些外圍電路來消除電路干擾，諧振電路的調(diào)節(jié)和判斷本身也會產(chǎn)生一定的誤差，因此諧振法所測得結(jié)果往往誤差電橋法，基于以上分析，本次設(shè)計也不采用此類諧振設(shè)計RLC測試儀。2.2.3 伏安法圖2-3所示為最原始的電路

23、原理圖，伏安法的原理是歐姆定律，需要分別使用電流表和電壓表測出通過電阻的電壓和電流，根據(jù)公式R=U/I求得所測電阻的值。圖中Rx為待測電阻，A是流過待測電阻的電流，V為待測電阻兩端電壓。這種測量方法必須同時測出兩個模擬量U和I，即要同時測得所測電阻兩端的電壓和通過所測電阻的電流數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)之后才能進(jìn)行計算。與電橋法和諧振法相比，伏安法測電阻原理更為原始，也更為簡單，但得出的結(jié)果卻是遠(yuǎn)不如前兩種方法，此外伏安法也不能實現(xiàn)自動化，整個電路沒有很好的應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)。AVRx圖2-3 伏安法測量電阻原理圖 利用萬用表歐姆檔測量電阻是把被測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻以及電池進(jìn)行串聯(lián)，用電流表測出其電流，因為被測

24、電阻與電流一一對應(yīng)，就此可以讀出被測電阻的阻值，如圖2-4所示，相似的原理也可以用于電容的測量，只是其外圍電路稍有不同。萬用表測量法是學(xué)習(xí)和生活中最常用的測量電阻、和電容的方法，因其測量結(jié)果可以直接讀數(shù)，不需要人工計算，價格也比較合理而廣為群眾接受。但是同樣也有精度低的缺點，因此也不選此原理。 圖2-4 萬用表測量電阻原理圖2.2.4 所選用的方案以上所提到的三種方案，前兩種電路原理相對比較復(fù)雜，同時計算也比較繁瑣，因此沒有被本設(shè)計采用。無論是在測量哪種未知量，人們總會想方設(shè)法把比較難測量的未知量轉(zhuǎn)換成精度比較高而且比較容易測量的參數(shù)，以此來推算出原本所要測量的未知量。在這種思想的引導(dǎo)下，本人

25、認(rèn)為可以把電子元器件電阻、電容、電感接入振蕩電路中，由于不同參數(shù)的元器件產(chǎn)生的頻率也不同，待測參數(shù)與其產(chǎn)生的頻率成一一對應(yīng)關(guān)系，因此可以由頻率從側(cè)面推斷出待測參數(shù)，即可以根據(jù)相應(yīng)的公式由頻率計算出待測值?；谝陨显O(shè)想，本設(shè)計的主要模塊也就成型了測量模塊，主要就是振蕩電路，用于產(chǎn)生待測參數(shù)所對應(yīng)的頻率；控制模塊，主要是進(jìn)行頻率的計算和轉(zhuǎn)換，控制測量類型的選擇指令等；還有顯示模塊，即將最終的計算轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示出來。確定了主要模塊之后，就需要再把每一個大的模塊再進(jìn)一步的具體化。測量模塊采用振蕩電路5，而振蕩電路又可以分多種，按信號的波形進(jìn)行分類則有正弦波震蕩和非正弦波震蕩，其中正弦波震蕩中較常用的有L

26、C振蕩電路、石英振蕩電路和RC震蕩電路三種。此外，芯片的選擇也是一個關(guān)鍵。本人查閱了大量資料，再結(jié)合自身的知識儲備，最終擬定電阻和電容的振蕩電路都采用NE555芯片和電阻電容構(gòu)成的多諧振蕩電路。待測電阻和電容作為多諧振蕩電路中的一部分，由于多諧振蕩電路有一個振蕩頻率范圍，只要接入的電阻在電路中激起的震蕩頻率在多諧振蕩電路6產(chǎn)生的有效頻率范圍內(nèi)，電路就能對電阻或者電容進(jìn)行測量而不需要進(jìn)行量程切換。而電感的振蕩電路則采用LC三點式振蕩電路7，LC三點式振蕩電路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同種性質(zhì)的，剩下的另一個元件必須是異性電抗元件，本設(shè)計中與發(fā)射極相連的兩個元器件為兩個電容，剩下的一個則是

27、電感。控制模塊主要就是主芯片的選擇。本設(shè)計所需要的芯片功能主要為接收來自測量模塊的脈沖，將脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行定時計數(shù)處理形成與待測參數(shù)唯一對應(yīng)的頻率，再根據(jù)相應(yīng)的公式進(jìn)行計算轉(zhuǎn)換，求出待測參數(shù)再將求得的結(jié)果送至顯示部分，此外還需要有根據(jù)按鍵輸入進(jìn)行控制選擇測量類型的功能。鑒于以上功能的要求，加之本人對芯片的了解，最終擬定本設(shè)計的主芯片為STC89C52。STC89C52功能強(qiáng)大、可靠性高、使用方便靈活、物美價廉，最主要的是可編程實現(xiàn)以上提到的所有功能。顯示模塊的選擇相對簡單，雖然市場上顯示器件多種多樣，但是從大體上可以分為數(shù)碼管顯示和液晶顯示兩大類。無論是數(shù)碼管還是液晶顯示，兩者各有優(yōu)缺點。經(jīng)過對比

28、，再結(jié)合本系統(tǒng)設(shè)計的要求，最終選擇了LCD12864液晶顯示器。測量模塊需要測量三種元器件，則就需要再細(xì)分為三個小部分，在實際測量操作過程中測哪種器件就選相應(yīng)的電路接入總電路中，這就需要增加一個選擇芯片，當(dāng)按鍵選擇測量哪種元器件時，控制模塊發(fā)出相應(yīng)的指令，當(dāng)芯片接收到指令就會做出相應(yīng)的選擇，將對應(yīng)的測量小部分接入總電路中。能滿足此要求，同時又物美價廉的芯片當(dāng)屬CD4052，因此本設(shè)計在最初的構(gòu)思基礎(chǔ)上增加了通道選擇模塊，用于測量模塊與控制模塊之間的連接。第三章 單元模塊電路的設(shè)計3.1 系統(tǒng)框圖本設(shè)計為RLC測量儀，主要有控制模塊,測量模塊，通道選擇模塊和顯示模塊組成，其中測量模塊還分成兩個R

29、C振蕩電路，分別用于測量電阻和電容，一個電容三點式振蕩電路，用于測量電感，在實際測量操作時，測量哪種元器件就選擇與之對應(yīng)的部分接入總電路中?？傇O(shè)計框圖如圖3-1所示：待測電阻待測電容待測電感RC 振蕩電路FZHENZHENDANGDIANLURC振蕩電路電容三點式振蕩電路FrFcFlAddr二極管指示燈LCD液晶顯示按鍵選擇電路 單片機(jī)測量頻率多路選擇開關(guān)CD4052圖31 系統(tǒng)設(shè)計框圖控制部分通道選擇測量電路總設(shè)計框圖中，二極管指示燈部分包括1盞電源指示燈，三個狀態(tài)指示燈，用于標(biāo)明儀器當(dāng)前所處狀態(tài)；按鍵選擇電路包括四個按鍵，其中一個是復(fù)位按鍵，其他三個是功能選擇按鍵，即按鍵選擇測量電阻R、電

30、容C或者電感L。如系統(tǒng)框圖中所顯示的那般，以測量電阻R為例，當(dāng)按鍵選擇測量電阻R時，測量電阻指示燈亮，單片機(jī)STC89C52接收到選擇“RC震蕩電路測電阻模塊”的電平信號，同時單片機(jī)中預(yù)先編寫好的程序運行，隨后就會將按鍵選擇所對應(yīng)的指令傳至CD4052，CD4052在接收到單片機(jī)傳過來的指令后就會選擇“RC震蕩電路測電阻模塊”接入總電路中，此時測量模塊所產(chǎn)生的脈沖信號就通過CD4052傳入單片機(jī)中，單片機(jī)運用其定時計數(shù)功能測定待測電阻的頻率，經(jīng)過多次計數(shù)采樣得出一組數(shù)值，再進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)處理，公式計算，最終得出待測電阻的參數(shù)值，單片機(jī)對LCD液晶顯示初始化，再將計算得出的電阻參數(shù)值輸出傳入LC

31、D12864進(jìn)行顯示。至此，一次完整的電阻的測試過程結(jié)束，其余兩種器件的測量過程與此過程相同。各模塊的詳細(xì)介紹在下文繼續(xù)說明。3.2 控制模塊圖3-2 控制模塊電路圖本設(shè)計控制芯片的選擇較為簡單，因為本設(shè)計所要求的芯片功能大多數(shù)芯片都具備，因此只需要考慮芯片成本及設(shè)計者自身對芯片的了解來選定即可。鑒于此情況，本人了解到STC89CXX、AT89SXX、DSP的成本相差不大，結(jié)合本人自身對芯片的了解，最終選用STC89C52作為本設(shè)計的主芯片。以下是有關(guān)STC89C52芯片的特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡單介紹。STC89C52單片機(jī)8是CMOS 8位微控制器，分別有P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（

32、8根引腳），共32根。本設(shè)計使用了其P0口的3個引腳，用于連接LCD12864；P1口的6個引腳，其中三個為電阻電容電感的測量選擇按鍵，其余三個連接當(dāng)前狀態(tài)指示燈；P2口則使用了兩個引腳，分別是P2.0，P2.1，用于連接CD4052，控制其對三個測量小部分的接入選擇；P3口則只用到了P3.5引腳，運用了其定時計數(shù)9的功能。除此之外，每塊單片機(jī)的電源和地引腳都是必須用到的，本設(shè)計還設(shè)置了復(fù)位鍵，因此還用到了RST功能引腳，此外晶振電路還用到了片內(nèi)振蕩電路的輸入端和片內(nèi)振蕩電路的輸出端 。STC89C52芯片的定時器可以通過外部時鐘源來計數(shù)，這樣就可以把555電路所產(chǎn)生的頻率作為STC

33、89C52的定時器的時鐘源，那么被測電阻、電容和電感對應(yīng)產(chǎn)生的頻率就非常容易得到。3.3 電阻測量模塊 圖3-3 電阻測量模塊3.3.1 工作原理555定時器早在1971年就已出現(xiàn)并被廣泛應(yīng)用，雖然歷經(jīng)一個多世紀(jì)的發(fā)展，但因其引腳功能和運用都是相容的，因此至今仍被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計即運用NE555和電阻電容構(gòu)成多諧振蕩電路，將待測電阻或者待測電容作為振蕩電路的一部分，當(dāng)不同參數(shù)值的待測器件接入振蕩電路，電路產(chǎn)生的頻率也會不同，據(jù)此就可以推算出待測器件的參數(shù)。圖3-3即為電阻測量模塊，整個電路簡單明了，原理也不復(fù)雜。NE555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=T1T2ln2*()*+ ln2

34、*()* (3-1) 則：= (3-2) 計算可得： (3-3) 其中R16=1K, R17=1K,C12=0.1U，在本設(shè)計中電阻震蕩電路產(chǎn)生待測電阻的頻率，接著單片機(jī)通過T0計數(shù)，再通過T1定時測出頻率，然后在程序中利用公式(3-3)計算出Rx的值即可完成電阻的測量。3.3.2 555芯片的簡介555芯片10的引腳圖：(如圖3-4）就如所有芯片一樣，555芯片也有電源引腳（Vcc），地線腳和復(fù)位腳，這些都是每種芯片都必須的引腳，除此之外555芯片還有引腳2觸發(fā)功能，引腳3輸出電平，5腳是控制電壓，6腳是閥值電壓，7腳是放電功能。芯片本身引腳很少，但是有由卻可以構(gòu)成無數(shù)種應(yīng)用電路，多諧振蕩器

35、就是其中一種。圖3-4 555芯片的引腳圖3.3.3 555定時器的多諧振蕩器圖3-5 555間接反饋型555定時器構(gòu)成多諧振蕩器,如圖3-5所示。參數(shù)關(guān)系如下：（3-4）（3-5）（3-6）其中T為周期、為頻率、D為占空比。本設(shè)計即是運用了此原理，將待測電阻接在7腳和RB之間，因除了之外其余參數(shù)皆已知，因此可以根據(jù)公式計算出。3.4 電容測量模塊圖3-6 電容測量模塊電路電容的測量原理與電阻的測量原理基本一致，將555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=T1T2ln2*(）*+(ln2) * (3-7)得出：= (3-8)則有： （3-9） 其中、為已知量，可由電容測試模塊產(chǎn)生，則可以求

36、待測電容。 3.5 電感測量模塊圖3-7 電感測量模塊電路 本設(shè)計電感的測量運用的是電容三點式振蕩電路原理，電容三點式振蕩電路相對于上文提到的多諧振蕩器原理而言顯得稍微復(fù)雜，此震蕩電路主要部分即為電容和電感組成的回路，如圖3-7是本設(shè)計的電感測量模塊電路圖，其振蕩頻率為：（3-10）由圖3-7可知，其中（3-11）根據(jù)上式可得到：（3-12） 其中C可求，可由電感測量模塊求出，即可由公式（3-12）求出。3.6 多路選擇開關(guān) 測試電路分三個部分，一個部分對應(yīng)一種元器件的測量。測量電阻時必須將電阻測試電路部分接入系統(tǒng)中才能實現(xiàn)測試功能，同樣的測量其他兩種元器件也要求接入相對應(yīng)的測試電路，即所測元

37、件與所選測試電路必須匹配。這就需要在電路中加入功能選擇按鍵，完成測試電路接入系統(tǒng)的匹配工作。一般提到選擇電路，大多數(shù)人都會聯(lián)想到繼電器。繼電器的應(yīng)用在當(dāng)今社會是非常廣泛的，這足以證明其優(yōu)點繁多，然而本設(shè)計卻不用繼電器來完成電路的選擇工作。因為相對于CD4052，繼電器的體積就顯得很大，不適于總體設(shè)計體積小的要求，因此CD405211成為本設(shè)計的佳選。CD4052是差分四通道數(shù)字控制模擬開關(guān)器件，能通過單片機(jī)控制其開關(guān)功能。表3-1為單片機(jī)與CD4052之間的多路選擇開關(guān)控制表，即單片機(jī)中設(shè)置的高低電平和與其所選的測量電路。表3-1 多路選擇開關(guān)控制 P2.0 P2.1 測量類別00X0-L01

38、X1-R10X2-C11*具體選擇原理過程可以描述為：測量電感時，按下L按鍵，主芯片P2.0,P2.1兩個口置0，CD4052接收到指令即自動選擇電感測試電路，此時電感測試電路即接入整個系統(tǒng)電路中，也就完成電感測試電路接入系統(tǒng)的匹配工作；測量電阻時，按下R按鍵，主芯片P2.0置0，P2.1置1，CD4052接收到指令即自動選擇電阻測試電路，完成電阻測試電路接入系統(tǒng)的匹配工作，測量電容時的按鍵選擇原理也是如此。多路選擇開關(guān)硬件電路如圖3-8所示：圖3-8 多路選擇開關(guān)3.7 LCD12864液晶顯示模塊圖3-9 LCD12864液晶顯示本設(shè)計LCD12864選用串行通信12，主芯片上的P0.0，

39、P0.1，P0.2口與LCD的4、5、6腳連接，完成相應(yīng)的指令和數(shù)據(jù)的傳輸。LCD12864模塊引腳說明如表3-1所示：表3-1 LCD12864模塊引腳說明引腳名稱方向說明引腳名稱方向說明1VSS-GND（0V）6E0Enable Signal2VDD-+5V15PSB0H：并行 L：串行（注釋1）3VO-Supply voltage17/RST0RESET：低電平有效（注釋2）4RS0H：數(shù)據(jù) L：指令19LEDA-背光源正極（+5V） （注釋3）5R/W0H：Read L：Write20LEDK-背光源負(fù)極（0V） （注釋3）LCD12864有串行接線方式和并行接線方式，本設(shè)計使用串行接

40、線方式。電路本身需要一個穩(wěn)定的電源環(huán)境才能保證儀器測量的精確度，因此本設(shè)計以LM7805為基礎(chǔ)構(gòu)建穩(wěn)壓電路13，為整個電路提供穩(wěn)定的5V電源。電路如圖3-11所示：圖3-11 穩(wěn)壓電路第四章 軟件設(shè)計4.1 主程序結(jié)構(gòu)系統(tǒng)初始化后首先開啟開中斷，進(jìn)行液晶初始化，其次進(jìn)行按鍵檢測，進(jìn)入RLC模式選擇，看功能選擇鍵是否按下，若按下進(jìn)入RLC測量，相應(yīng)指示燈亮，同時計數(shù)脈沖個數(shù)，轉(zhuǎn)換成頻率測量后把結(jié)果送LCD12864顯示。若沒按下就返回按鍵檢測，等待RLC模式選擇，如此循環(huán)。系統(tǒng)程序流程圖如圖4-1所示：NY計算脈沖個數(shù)計算電阻程序LCD液晶屏顯示計算電容程序計算電感程序開中斷初始化按鍵檢測程序液

41、晶初始化開始1S定時到？結(jié)束圖4-1 系統(tǒng)程序流程圖4.2子程序按鍵選擇：開始按鍵檢測根據(jù)不同按鍵選擇不同的狀態(tài)結(jié)束R測試狀態(tài)，紅燈亮，4052選擇R通道L測試狀態(tài)，綠燈亮，4052選擇L通道C測試狀態(tài)，黃燈亮，4052選擇C通道圖4-2按鍵檢測子程序流程圖以上是按鍵檢測子程序流程圖。CD4052是差分四通道數(shù)字控制模擬開關(guān)14器件,當(dāng)有按鍵按下時，程序進(jìn)入此子程序。當(dāng)R按鍵按下時，主芯片以01指令發(fā)送到CD4052芯片，CD4052按照硬件設(shè)定好的進(jìn)入R測試狀態(tài)，紅燈亮同時將來自測試模塊的電阻脈沖輸出；同樣的道理，當(dāng)L按鍵按下時，主芯片以00指令發(fā)送到CD4052芯片，CD4052按照硬件設(shè)

42、定好的進(jìn)入R測試狀態(tài)，綠燈燈亮同時將來自測試模塊的電感脈沖輸出；同樣當(dāng)C按鍵按下時，發(fā)送10指令到CD4052芯片，即進(jìn)入C測試狀態(tài)，黃燈亮，CD4052選擇C通道，將電容脈沖輸出，如此完成按鍵的選擇流程。圖4-3定時計數(shù)器流程 此部分是定時計數(shù)器流程。由于本設(shè)計是將待測的電阻、電容、電感連接到振蕩電路，將其產(chǎn)生的頻率經(jīng)過單片機(jī)運算而得出相應(yīng)的待測值，因此需要定時計數(shù)器來計數(shù)其一秒內(nèi)的脈沖次數(shù)，將其轉(zhuǎn)換成頻率。因此定時計數(shù)器的準(zhǔn)確性直接影響到最后結(jié)果的精確值。如圖4-3所示，程序進(jìn)入定時器中斷，首先設(shè)置初值然后進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)一秒時間到時中斷將計數(shù)值返回主程序進(jìn)行計算，如此循環(huán)。以下是LCD顯示流

43、程圖，LCD12864首先上電初始化，完成初始化后開始讀取顯示變量，即經(jīng)過單片機(jī)處理運算后的電阻、電容、電感的值，變量數(shù)據(jù)讀取完成則把變量轉(zhuǎn)換成字符數(shù)據(jù)，只有轉(zhuǎn)換成字符數(shù)據(jù)才能在LCD上顯示。完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后即是進(jìn)行顯示位置定位，確定LCD上顯示數(shù)據(jù)的位置，當(dāng)這一系列流程完成，數(shù)據(jù)即可顯示在LCD12864顯示屏上。開始LCD初始化讀取顯示變量把變量轉(zhuǎn)換成字符數(shù)據(jù)顯示位置定位LCD顯示數(shù)據(jù)結(jié)束 圖4-4 LCD顯示流程圖第五章 系統(tǒng)的調(diào)試及誤差分析5.1 測量結(jié)果測量電感值誤差如表5-3所示：表5-3 測量電感誤差表電感實際值(uh)電感測試值(uh)電感差值電感相對誤差(%)10010000

44、1501566433031911 3.35.2 結(jié)果分析本設(shè)計在實際測量時，從表可以看出本系統(tǒng)設(shè)計的測量結(jié)果與標(biāo)值有一定的誤差。由于硬件電路中測量電路本身的影響、555產(chǎn)生的脈沖不穩(wěn)定等，都可能導(dǎo)致本設(shè)計產(chǎn)生的頻率與待測元器件的標(biāo)準(zhǔn)頻率存在誤差，軟件部分?jǐn)?shù)據(jù)類型的處理也會造成一定的誤差，比如電阻是運用了平均值法進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理15，當(dāng)采樣得出的數(shù)據(jù)組中各個數(shù)據(jù)相差比較大時計算出來的結(jié)果與電阻標(biāo)值就會有比較大的誤差。為了減少誤差范圍，本系統(tǒng)設(shè)計采用了軟件修正的辦法，即在數(shù)據(jù)的處理上進(jìn)行一定的修正。第六章 結(jié)束語6.1 設(shè)計總結(jié)做完整個畢業(yè)設(shè)計，我更深刻的體會到要自己從頭到尾將一件事做好本身就是一件

45、多么不容易的事情。首先是確定要做什么作為畢業(yè)設(shè)計作品，既不能選擇太過簡單的設(shè)計，比如以往的課程設(shè)計就太過于簡單，無法滿足畢業(yè)設(shè)計的要求；也不能太過于復(fù)雜，因為要考慮能否在規(guī)定的時間內(nèi)完成，自己大學(xué)四年所學(xué)的知識是否能將它成功的做出來，遇到的問題是否能夠解決等等。等確定了要做什么畢業(yè)設(shè)計了之后就是要向著目標(biāo)搜尋有關(guān)資料，結(jié)合自己已掌握的知識，同時借鑒他人的經(jīng)驗，做一番方案論證，最后找出最為合適的作為自己的畢業(yè)設(shè)計的構(gòu)思方塊，即功能模塊，以及芯片的選擇，其他輔助原器件的選擇，硬件電路的設(shè)計16和畫制等等，事無巨細(xì)都是自己必須考慮的。除了考察我們大學(xué)四年所學(xué)到的只是，同時也是在考驗一個人的耐性、協(xié)調(diào)

46、性和學(xué)習(xí)能力。剛開始我以為只要設(shè)計方案確定了，接下來只要按部就班的畫好圖，制作好電路板，最后在編寫好程序就可以了。然而當(dāng)我動手做的時候，因為以往沒做過類似于這種復(fù)雜程度的設(shè)計，在畫制電路圖的時候既要考慮電路本身的干擾，又要盡可能的避開跳線，還要盡可能的是電路簡單大方美觀，各種各樣的問題讓我不得不一次又一次的重新布線。每一次布線完成，請其他同學(xué)協(xié)助檢查的時候，才知道，其實自己在布線過程中還有很多因素未考慮，例如線寬該用多少比較合適，不同性質(zhì)的線該用多少線寬，元件應(yīng)該結(jié)合電流大小和信號傳輸方向來布置，要模塊化，不可以散亂。元件少原理簡單，元件的布置要求不高，但是日后做復(fù)雜的電路時就不得不把這些考慮

47、在內(nèi)。硬件方面只要布線好，接下來的印制電路板和焊接元件一般都不會出現(xiàn)問題。問題比較大的是在軟件上。原本本次設(shè)計的難點不在軟件上，只要硬件電路設(shè)計好，軟件編程只需把硬件輸入的數(shù)據(jù)根據(jù)公式計算處理就可以，然而實際上卻不是這樣簡單。除了簡單的按照公式計算數(shù)據(jù)，還要在數(shù)據(jù)采集方面進(jìn)行預(yù)處理，即要想方設(shè)法獲取穩(wěn)定的頻率，否則測出來的結(jié)果就誤差很大。以往編寫C程序17大多都是移植運用，只是部分需要修改，這一次因為平時課程上沒有做過，大多是自己查找資料，再按自己想要的功能進(jìn)行修改。整個程序完成之后才發(fā)現(xiàn)，要自己獨立完成一個完整的綜合的程序確實不簡單。要查閱的資料也不少，很多東西，除非真的是使用過很多次，否則

48、根本不記得什么初始化設(shè)置，然而初始化設(shè)置是所有功能實現(xiàn)的前提。程序完成之后是結(jié)合硬件調(diào)試。即將程序燒錄到單片機(jī)中，軟硬件結(jié)合，將測出的結(jié)果和標(biāo)值進(jìn)行對比，根據(jù)差值在調(diào)整軟件，比如調(diào)整軟件的校正值，甚至在軟件校正的情況下差值依舊很大時，要考慮修改硬件。在整個調(diào)試的過程中，自我調(diào)節(jié)和毅力是非常重要的，尤其是在一次又一次的調(diào)試依舊得不出準(zhǔn)確值時，信心總是越來越少，人也變得很煩躁，這時候就需要自己對自己進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時沒有堅強(qiáng)的毅力是無論如何也堅持不下來的。6.2 結(jié)束語四年大學(xué)生活在不知不覺間就這樣過去了，當(dāng)初剛剛走入大學(xué)校園的場景好似就發(fā)生在昨天。然而無論心中有多少不舍，對母校有多么眷戀，我們的大學(xué)

49、校園生活都終將要畫上一句完滿的句號。與我們的大學(xué)校園相比，社會就是一個更大的更廣的大學(xué)，這個大學(xué)里，每個人都是老師，因為每個人身上都有值得我們學(xué)習(xí)的地方；同樣的每個人都是學(xué)生，人無完人，每個人都需要取他人之長補(bǔ)自己之短。完成一個畢業(yè)設(shè)計真的讓我學(xué)到了很多。不僅僅是回顧了大學(xué)四年所學(xué)的知識，還學(xué)會了如何把很久以前就學(xué)的知識重新拾回并且運用。以前總是說實踐是檢驗理論的最好方法，其實都沒有很大的感觸。經(jīng)過這一次畢業(yè)設(shè)計，我是真真切切的體會到了。以前在課堂上學(xué)到的知識，看著系統(tǒng)完整，但是真的到了用的時候才發(fā)現(xiàn)，這的太空泛。很多東西需要用到，但是課本里說的又不夠清楚詳細(xì)，課本里描述的很詳細(xì)的東西，很可能我們一時用不到，于是就覺得無用，這樣就需要我們自己去搜尋資料。課本就只是一本入門導(dǎo)書，指引大概的方向，真真正正要掌握它，就需要自己跨出腳步，親自去找自己要用的東西，在運用中掌握它，把它變成自己的東西。在這個過程中我也