甲電阻電容電感測試儀

1、電阻電容電感測試儀摘要：該系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，以DDS AD9850自制信號源和LRC測試電路為主要模塊，實(shí)現(xiàn)了對L、R、C的精確測量，自制信號源頻率可達(dá)0.5HZ-10MHZ。采樣電路使用16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7705對L、R、C分壓有效值進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，從而得到高精度測量值，其中電阻檔相對誤差在2%以內(nèi)。電容、電感測試誤差在4%以內(nèi)，均超出了題目要求。該系統(tǒng)能進(jìn)行全自動量程切換，具有自動校準(zhǔn)功能；通過24C04實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能化存儲；用DS1302提供準(zhǔn)確時(shí)間系統(tǒng)；用高亮度12864液晶顯示數(shù)據(jù)，讀取直觀方便，很好的完成了題目基本與發(fā)揮部分的各項(xiàng)指標(biāo)。關(guān)鍵字: ST

2、C12C5A60S2 DDS AD9850 LRC 高精度測量 自動檔位切換Abstract:This system take the STC12C5A60S2 monolithic integrated circuit as the control core and take DDS AD9850 self-restraint supply oscillator and the LRC test circuit as the main module, the realization voltammetry to L、R、 C precision measuring.signal freque

3、ncy speed 0.5HZ-10MHZ .The sampling electric circuit uses 16 AD conversion chip AD7705 for L、R、C differential pressure effective value carries on the real-time sampling, thus obtains the high accuracy observed value.This system can carry on the completely automatic switch range,has the function of a

4、utomatic calibration; Using 24C04 realized data intellectualization memory; Provides the accurate time system with DS1302; With high luminance 12864 liquid crystal display data, read direct-viewing convenient.good completed the topic of basic and play a part of each indexKey Words: STC12C5A60S2 DDS

5、AD9850 LCR precision measuring Automatic switch gear1. 系統(tǒng)方案11系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)題目要求，本電路由電源模塊、控制器模塊、DDS信號源產(chǎn)生模塊、信號放大模塊、檔位選擇模塊、精密整流模塊、AD采樣模塊、時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲及液晶顯示等模塊組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖12方案設(shè)計(jì)與論證控制器模塊方案一：采用凌陽公司的SPCE061作為控制核心 ，該芯片是16位單片機(jī)資源豐富，很多模塊用不到，在該系統(tǒng)中性價(jià)比較低。方案二：采用STC12C5A60S2作為控制核心，加密性強(qiáng)，超強(qiáng)抗干擾，超低功耗，I/0驅(qū)動能力更強(qiáng)，內(nèi)

6、部集成可靠復(fù)位電路。綜合考慮，我們采用方案二。 信號源模塊方案一：用MAX038產(chǎn)生1Hz到1MHz正弦波信號，信號頻率通過鍵盤設(shè)定所需電路復(fù)雜。方案二：用AD9850 DDS直接數(shù)字頻率合成器，利用采樣定理，通過查表法產(chǎn)生波形。輸出頻率可從1Hz到40MHz,AD9850具有功耗低、體積小、重量輕、可靠性高、易于程控、使用相當(dāng)靈活，因此性價(jià)比極高。因?yàn)槲覀兯獙?shí)現(xiàn)步進(jìn)連續(xù)可調(diào)，我們采用方案二。 RLC測量模塊方案一：諧振法，采用LC組成諧振回路，將被測電感串入電路或?qū)㈦娙莶⑷牖芈分羞M(jìn)行測量。諧但振法要求較高頻率的激勵(lì)信號，一般不容易滿足高精度的要求。由于測試頻率不固定，測試速度也很難提高。方

7、案二：電橋法具有較高的測量精度，被廣泛采用，現(xiàn)已派生出許多類型。但電橋法測量需要反復(fù)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，測量時(shí)間長，很難實(shí)現(xiàn)快速的自動測量。方案三：伏安法測量RLC,它的測量原理來源于阻抗的定義。即若已知流經(jīng)被測阻抗的電流相量并測得被測阻抗兩端的電壓，則通過比率便可得到被測阻抗的相量。綜上所述，伏安法實(shí)現(xiàn)較為容易，我們采用伏安法進(jìn)行對R、L、C的測量。 精密整流濾波模塊方案一：利用二極管單向?qū)щ娦?，把交流信號變成直流，但電路存在非線性誤差，二極管正向壓降隨溫度的變化而變化。方案二：采用雙運(yùn)放精密整流全波電路，電路內(nèi)部二極管采用肖特基二極管，能克服普通二極管整流電路的缺陷。綜上所述，我們選擇方案二。1

8、.2.5 AD采樣模塊方案一：采用STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部AD進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，單片機(jī)本身AD只有10位，分辨率太低。方案二：采用AD公司的16位AD7705,AD7705具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良抗噪聲性能、以及低電壓低功耗等特點(diǎn)。非常適合儀表測量和工業(yè)控制。為滿足精度要求，我們選擇方案二。 顯示模塊方案一:采用LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示具有亮度高、夜視效果好等優(yōu)點(diǎn)，但顯示信息量小，且自身功耗較大。方案二：128X64點(diǎn)陣LCD液晶顯示。LCD液晶可輕松實(shí)現(xiàn)字母、漢字、圖像等的顯示，控制簡單。我們需要顯示內(nèi)容較多，所以采用此方案。 電源模塊方案一：采用開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。開

9、關(guān)電源功率大，效率高，但是紋波大，價(jià)格相對較高。方案二：采用線性直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源制作簡單，輸出穩(wěn)定，性價(jià)比較高。綜合考慮，我們選擇方案二。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過對系統(tǒng)的整體考慮，選擇各模塊方案如下：（1） 主控模塊：增強(qiáng)型51單片機(jī)STC12C5A60S2；（2） 信號源模塊：AD9850 DDS信號發(fā)生器；（3） RLC測量模塊：伏安法測量RLC；（4） 精密整流濾波模塊：雙運(yùn)放精密整流濾波電路；（5） AD采樣模塊：采用16位AD7705采得阻抗電壓；（6） 顯示模塊：12864液晶顯示；（7） 電源模塊：線性穩(wěn)壓電源，產(chǎn)生正負(fù)12V，正負(fù)5V，2.5V電壓；（8） 數(shù)據(jù)存儲模塊：用

10、24C04外部存儲模塊；（9） 時(shí)鐘模塊：采用DS1302時(shí)鐘芯片；（10） 鍵盤模塊：使用4*4矩陣鍵盤。2. 理論分析與計(jì)算電阻高精度測量較好的方法之一是采用與標(biāo)準(zhǔn)電阻相比較的方法。其主要原理：是在待測電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻的串聯(lián)電路中加一直流電壓V。AD采樣Rx上電壓，則測量電阻為：我們采用伏安法測量電容與電感，測量電感與電容要加入交流正弦波信號，在角頻率為的交流信號的作用下，電容和電感獲得的容抗和感抗：我們采用電阻與容抗或感抗分壓可知:電感所測電容測量Q值時(shí)，加入交流信號測量出電感Q值兩個(gè)方程聯(lián)立，求得電感；為電感在電路中角頻率為的等效阻抗，為電感在電路中角頻率為的等效阻抗,L為電感量，為電感

11、的等效電阻。為保證測量精度，必須保證電阻的精度和的高穩(wěn)定值。為此，我們在該設(shè)計(jì)中采用了高精度的DDS函數(shù)信號發(fā)生器AD9850芯片產(chǎn)生正弦波，同時(shí)輸出緩沖器采用了運(yùn)算放大器,為保證波形精度采用了閉環(huán)深度負(fù)反饋方式,無失真的放大正弦信號。3. 電路與程序設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路原理圖分為主控器電路，DDS信號源電路，RLC測量電路，AD采樣電路，精密整流濾波電路，電源電路，鍵盤電路，時(shí)鐘電路，外部存儲電路等組成。 系統(tǒng)總電路圖圖2 系統(tǒng)總電路 DDS信號源電路如圖3所示，為AD9850 DDS信號源電路，此設(shè)計(jì)能產(chǎn)生1Hz到30MHz的正弦波信號，輸出不失真且工作穩(wěn)定。 圖3 D

12、DS信號源電路 RLC測量電路如圖4所示，電路可進(jìn)行對電阻，電感，電容的測量，實(shí)現(xiàn)自動識別器件與量程。 圖4 RLC測量電路 精密整流濾波電路如圖5所示，雙運(yùn)放全波精密整流電路，實(shí)現(xiàn)交流正弦波信號變?yōu)榉€(wěn)定直流電壓。圖5 精密整流濾波電路3.1.5 AD采樣電路如圖6所示，16位AD采樣電路，使采樣精度更高。圖6 AD采樣電路其他電路如外部存儲電路，時(shí)鐘電路，電源電路見附圖1,2,3。3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語言對單片機(jī)進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)各模塊的功能，主程序主要是控制電路的選擇、各參數(shù)的檢測與控制。程序流程圖如圖7所示。圖7 程序流程圖部分程序見附錄24. 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

13、4.1測試和校準(zhǔn)儀器DS5102CA雙通道數(shù)字存儲示波器，7H2811C LCR數(shù)字電橋，ZX38A系列電阻箱，RX7系列十進(jìn)式型電容箱，GX9系列十進(jìn)制電感箱。4.2測試結(jié)果本系統(tǒng)要對R、L、C，以及自制信號源進(jìn)行測試，自制信號源的測試結(jié)果如表1所示表1 自制信號源測試結(jié)果信號源設(shè)定頻率（Hz）示波器測試頻率(Hz)測試相對誤差1頻率過低示波器無法識別1010010010001K1.007K0.00710K10.014K0.0014100K99.889K-0.001111M1.0051M0.005110M10.4483M0.0283由于示波器精度所限，頻率低于10Hz示波器無法識別信號。經(jīng)計(jì)

14、算自制信號源最大相對誤差為2.83%。電阻測試結(jié)果如表2所示表2 電阻測試結(jié)果電阻箱阻值()測試值()測試相對誤差11.020.021010.180.01810098.50-0.0151K1.010K0.01010K9.805K-0.0195100K101.312K0.013121M1.006M0.00610M10.121M0.0121表3 電容測試結(jié)果電容箱電容值測試值測試相對誤差10PF9.56PF-0.044100PF103.00PF0.03001nF997.05PF-0.0029510nF10.05nF0.005100nF100.78nF0.00781uF998.78nF-0.0012

15、210uF9.85uF-0.015100uF102.98uF0.0298表4 電感測試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)電感箱測試值測試相對誤差10uH10.410.021100uH101.540.01541mH965.35-0.0346510mH10.230.023100mH97.32-0.0268表5 Q值測試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)電感箱Q值10uF81.64100uF21.6810mF42.78100mF40.954.3 結(jié)果分析信號源測試結(jié)果分析：由于示波器精度所限，頻率低于10Hz示波器無法識別信號。經(jīng)計(jì)算自制信號源最大相對誤差為0.4%，我們的信號源范圍更寬。電阻測試結(jié)果分析：測量電阻阻值誤差較小，最大誤差為2%，用16

16、位AD采樣直流分壓信號極為精確。電容測試結(jié)果分析：電容測試最大誤差為3%電感測試結(jié)果分析：電感測試最大誤差小于4%。綜上所述：電感、電容、電阻三項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)很好的完成了題目的各項(xiàng)要求。5. 設(shè)計(jì)總結(jié)這次大賽，經(jīng)過四天三夜的拼搏，受益匪淺，我們終生難忘。不僅完成了一件作品，而且大大提高了我們的創(chuàng)新精神，動手能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作和競爭意識，這些在今后的人生道路上將是一筆寶貴的財(cái)富。充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神，工作進(jìn)展很順利。我們在比賽中做到精益求精，在完成基本功能之后，又向發(fā)揮部分進(jìn)發(fā)，最后完成了所有的基本功能和部分發(fā)揮部分。參考文獻(xiàn)1 楊振江.新型集成電路M，西安電子科技大學(xué)出版社，20052 邱關(guān)源.電路M，高等教育出版社，20033 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)M，第五版高等教育出版社，20054 馬忠梅 等 單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序北京：北京航空航 天出版社，20075 吳麟.自動控制原理 清華大學(xué)出版社，20066 華成英，童師白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M，2006附錄1 附圖附圖1 外部存儲電路附圖2 時(shí)鐘電路附圖3 電源電路2 附錄#include<lcd