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简易电容电感测试仪摘要:本系统是基于AT89S52单片机相对测量方式测量电容、电感的对应振荡电路所产生的频率,从而实现对各个参数的测量,其中电容是根据555多谐振荡电路产生的频率计算得到的,而电感则是根据LC振荡电路产生的频率计算出的AT89S52的定时器可以利用外部时钟来计数,这里我们将RCL的测量电路产生的频率作为单片机的时钟源,通过计数则可计算出被测频率,再通过该频率计算出各个参数这种数字式万用表的测量范围较广,精度较高,还能自动切换量程关键词:数字式万用表555多谐振荡电路LC振荡电路自动切换相对测量方式Abstract ThissystemisbasedontherelativemeasurementmethodsmeasuringAT89S52SCMcapacitanceandinductanceoftheoscillatingcircuitcorrespondingproducedbythefrequencysoastorealizeallparametersofthemeasurementwhichisbasedonmorethan555resonancecapacitanceswingcircuitryfrequencycalculatedandinductanceisproducedaccordingtoLCoscillatingcircuitfrequencycalculatedtheresistanceofisthemostcommonpointspressure.AT89S52devicestimercanuseexternalclocktocountherewewillRCLmeasurementcircuitasthefrequencyofthesinglechipproducethroughthecountistheclocksourcemaybecalculatedbymeasuringfrequencyagainthroughthefrequencycalculatedthevariousparameters.Thisdigitalmultimetermeasurementrangeabroaderhighaccuracystillcanswitchrange.KeyWords digitalmultimeterMorethan555resonanceswingcircuitLCoscillatingcircuitautomaticswitchoverRelativemeasurementmethods目录TOC\o1-3\h\u1总体方案设计与论证
41.1方案论证与比较4
(1)电容测量方案4
(2)电感测量方案…………………………………………………………………4
(3)系统方案………………………………………………………………………52硬件电路设计…………………………………………………………
72.1总体电路模块图
72.3电感的测量电路
72.4电容的测量电路83软件设计94测试数据分析结果11设计的亮点135总结136参考文献13附录一主要元器件列表14附录二整体电路图141总体方案设计与论证
1.1方案论证与比较
(1)电容测量方案方案一在线测量电容根据微分积分电路性质,可将电容的测量转化为电压的测量,测量原理图如图1所示方案二给电容充电一定时间后,测电容电压,用公式算出被测电容,该方案的不足之处在于难以掌握充电时间方案三555振荡电路该方案测量电容的范围更广综上所述,设计方案选择方案三
(2)电感测量方案方案一感抗法,具有局限性,抑制交流电压且感抗法的操作较为复杂,对电路要求高,测量精度较低方案二振荡测频率法振荡测频率法是采用三点式LC谐振电路来使电路发生谐振,对产生的正弦波进行整形,形成方波,再通过单片机对整形之后的信号进行频率测量调节频率方便,可获得较宽的频率调节范围综上所述,设计选用方案二2硬件电路设计
2.1总体电路模块图
2.2电感的测量电路电感的测量也有比较多的方法,常见的有阻抗法、振荡测频率法阻抗法的操作较为复杂,对电路要求高,测量精度较低对于常见电感我们采用三点式振荡相对测量方式测频率法,我们首先通过控制继电器测基准电感的振荡频率,再控制继电器测基准电感和被测电感串联后的振荡频率,通过以下公式可算出被测电感的电感量振荡测频率法是采用三点式LC谐振电路来使电路发生谐振,对产生的正弦波进行整形,形成方波,再通过单片机对整形之后的信号进行频率测量,根据待测电感的振荡频率的大小,基准电容的大小基准电感的大小,基准频率的大小,则可得电感值的大小因为=又因为是已知的,假设如;=;化简后得出;即综上所述,可求出的值理论上,以上测量是比较准确的,但是,也存在非线性的误差,即用公式计算出来的结果不是完全准确的,并且,随着待测电感与基准电感差距的增大,误差累积增大如图表2-1,所以可以相应的通过调节的大小来减少误差
2.4电容的测量电路对于一般的电容测量方法,常见的有脉宽法、充电测电压法、充电测时间(频率)法、容抗法、振荡测频率法等等在本设计中和测量电感的方法一样,相对测量方式振荡测频率法采用555间接反馈型无稳态电路,根据电容量的不同充放电过程,振荡频率也不同,采用相对测量方式用AT89C52计算出被测电容的值,首先我们用单片机控制继电器测基准电容的振荡频率,再控制继电器测和并联后的振荡频率.通过以下公式算出电容量的大小其中或1或23化简后得出可以计算出待测的电容值,如图5所示3软件设计系统的软件设计采用的是C语言编程,对单片机进行编程以实现各项功能,其编程环境为WINDOWSXP环境下的KeiluVision2,整个系统的软件工作流程如图所示4测试数据分析结果4-1电容测试数据分析标称值频率(标称频率振荡频率)标准测试仪(UT603)自制仪表(实测值10PF
7.
2057.1339PF47PF
7.
2186.91548PF68PF
7.
1986.76269PF100PF
7.
2186.62291PF470PF
7.
2095.502473PF
3.9nF
7.
2081.
5273.930nF
3.930nF33nF
7.
2130.
29029.500nF
28.258nF100nF
7.
2080.
080110.400nF
110.794nF1uF
258.
3270.
827633.000uF
632.073nF1uF
258.
2340.
545920.000uF
945.860nF
4.7uF
258.
2230.
1114.670uF
4650.864nF47uF
258.
2640.
01144.400uF
45546.436nF4-2电感测试数据分析标称值频率(标称频率振荡频率)标准测试仪(UT603)自制仪表(实测值)
0.1uH
0.113uH
3.3uH
3.051uH
4.8uH
5.432uH10uH
10.436uH56uH74uH
63.240uH150uH
24.
90623.586162uH
161.661uH470uH
24.
64421.147474uH
479.998uH
2.2mH
24.
66615.
3262.05mH
2107.061uH
3.3mH
24.
8943.19mH
3.343mH注标称值一样,可工艺的误差不一样,所以测得的值有所不同经过测试,此次设计可以测量10pF-100nF的小电容,误差在2%以内;可以测量1uF-100uF的大电容,误差在
0.5%以内;可以测量
0.1uH-10mH的电感,误差在1%以内设计的亮点该设计是测量电容电感参数,设计中考虑到元器件的热稳定性和外界对电路的干扰影响,造成测量结果会有所不同的情况,设计采用了相对测量的方案,这样大大的提高了测量的精度5总结本设计采用单片机和振荡电路的组合,计算电容电感的值系统拥有比较智能的测量方法和简单操作方法通过单片机的IO口来判断所要测量的对象,然后进行频率的测量和测量结果的计算,最终计算出被测对象的真实值该系统通过相应的实验和实验的测量,能准确的测量和电感的数值,测量范围为10pF-100nF1uF-100u和
0.1uH-10mH,测量精度在1%以内改进的意见用标准的电感、电容来进行相对方式测量,可提高相对比较的测量精度6参考文献
[1].童诗白华成英《模拟电子技术基础》清华大学电子学教研组编
[2].李群芳张士军黄建《单片微型计算机》电子工业出版社附录一主要元器件列表名称简称封装数量TLC549U1DIP-41LM339U4DIP-141NE555U6DIP-81LCD-1602U7DIP-161单片机(AT89S52)U5DIP-401附录二整体电路图
1.1在线测电容电感测量电路电容测量电路控制器(AT89S52)显示电路图
2.2电感测量电路图表2-1F-L曲线图
2.4电容测量电路图6电容测量电路控制继电器测频率T1计时T0计数开始初始化测电阻开关测电容开关测电感开关量程控制大到小量程控制大到小量程控制大到小TLC549读数据,存入数组里控制继电器测C0频率T1定时,T0计数控制继电器测L0频率T1定时,T0计数读了60次T1定时1sT1定时1s算出电压控制继电器测频率判断最佳量程判断f0是否大于f1判断f0是否大于f1显示输出返回初始化结束算出电容量算出电感量YYYNNNNNNYYY。