智能无源器件分析器Word文档格式.docx

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目录

1前言1

1.1背景1

1.2智能仪器的特点1

1.3智能仪器的基本构成2

1.4智能仪器在国内外的发展情况2

1.41全球仪器发展情况2

1.42国际仪器发展趋势现状3

1.43国内仪器行业发展的特点3

1.5问题的提出4

2总体方案设计5

2.1方案比较5

2.2方案的选择7

3单元模块的设计8

3.1各单元模块功能介绍及电路设计8

3.11测量信号产生电路8

3.12驱动电路10

3.13待测元件与基准电阻测量电路10

3.14单片机电路15

3.15显示电路17

3.2特殊器件的介绍20

3.21AD0808介绍20

3.2274HC4051介绍23

3.2374HC4052介绍25

3.3各单元模块的连接27

4软件设计28

5系统功能和指标31

5.1系统能实现的功能31

5.2系统指标参数测试31

5.3系统功能及指标参数分析31

6总结与体会32

6.1设计总结32

6.2设计体会32

7辞谢33

8参考文献34

附录135

附录236

附录337

1前言

1.1背景

智能仪器【1】是计算机技术与电子测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断以及自动化操作等功能，具有一定的智能，因而被称为智能仪器。

到了20世纪70年代，计算机技术的发进入了高速发展的时代，这都要得益于微处理器技术方面的蓬勃发展。

微型计算机的问世和推广普及，是信息革命的一个最为关键重要的助推器。

在微型计算机出现后的很短的时间内，它的核心技术很快的被用到了电子测量和仪器中。

由于微型计算机具有的记忆、运算、存储、逻辑判断和命令识别等功能，微型计算机化仪器和自动测试系统得到了发展。

微型计算机化仪器和自动测试系统的发展有力的解决了比如通用接口母线的标准化问题。

微型计算机与电子测量的相互结合，使得电子测量在其原理和方法、仪器的设计、性能、使用和故障检修方面产生了巨大的变化，主要表现在先后出现了智能仪器、GPIB总线仪器、VXI总线仪器系统等。

可以说微型计算机技术已经被高精确度、高性能、多功能的测量仪器所广泛的使用了。

一般来说，每一个智能仪器中都会包含一个或者多个微处理器，并且以其的软、硬件为核心，重新设计了传统的仪器，使其微机的部分与其测量的部分相互的融合。

与其传统仪器相比较，智能仪器具有的性能明显较高、功能也大大的丰富，而且智能仪器大多都伴有量程自动转换、自动校准、自动检测、在线测量【2】、甚至具有自动切换备件以便进行维修的功能。

1.2智能仪器的特点

相比于传统的仪器来说，毫无疑问，智能仪器的兴起给人类带来了很大的改变，智能仪器在各个方面都能够很好的取代传统仪器，概括起来，智能仪器具有以下的特点：

（1）强大的控制能力

由于计算机技术的使用，使得智能仪器在测量时有着硬件结构简洁、体积小、功耗低、可靠性高和灵活性强等优点，同时智能仪器的自动化程度高，操作简单方便。

智能仪器一般用键盘控制而不是传统的旋转式的控制开关，这样就会仪器的功能可以实现独立的控制，有利于提高仪器的测量指标的可靠性，同时也方面认为的操作。

（2）强大的数据处理功能

智能仪器智能仪器有着强大的数据处理功能。

由于微处理器的应用，智能仪器在各方面的性能上都有了极大的改善。

更重要的是，智能仪器能够实现测量的在线处理，能够对各种测量误差进行精确计算和合适的补偿。

这些都使得测量精度和数据测量处理的质量都得到有效的提升。

（3）实现仪器功能多样化

智能仪器利用计算机可以使仪器的性能得到提高，功能得到扩展，甚至可以进行一些传统仪器无法进行的测量。

例如对于测量所得的数据，可以进行多种运算、比较、逻辑判断等数据处理，然后在按要求输出显示。

可见，采用微型计算机控制以后，使仪器的测试功能大大增加。

微处理器的使用使智能仪器的测量过程、软件控制以及数据处理等更多功能易于实现。

1.3智能仪器的基本构成

智能仪器在结构上是由硬件部分和软件部分组成。

智能仪器的硬件部分主要包括CPU、存储器、总线、各种I/O接口，输入/输出通道，仪器面板（键盘、开关、按钮、显示器）等，其结构如图所示。

图1.151单片机结构图

智能仪器以微处理器为核心，通过总线以及接口与输入通道、输出通道、仪器键盘以及仪器内存相连。

输入通道包括输入多路转换器、放大器、抗混叠滤波器、采样保持器、A/D转换器等部分。

输出通道往往决定仪器测量准确度的关键部分。

对于仪器输出部分，如果要求输出模拟量，那么就需要经过输出通道，其主要构成包括有D/A转换器、多路分配器、采样保持器、低通滤波器等部分。

仪器的数字量输出可与屏幕显示器相连，也可以与磁盘、光盘、X-Y绘图仪或打印相连，以获得硬拷贝。

人机联系部件的作用是沟通操作者与仪器之间的联系，它主要由仪器面板中的键盘、开关、按钮以及显示器等组成。

有些仪器还可以通过键盘编程，以使测量设备从多方面灵活地满足使用者的需要。

目前生产的智能仪器一般都配有GPIB接口或RS-232C等标准通信接口。

1.4智能仪器在国内外的发展情况

1.41全球仪器发展情况

19世纪有位著名科学家曾说过：

测量是科学发展的开始。

在21世纪，测量技术成为了信息产业的三大关键技术之一，它已经成为了来了电子信息产业发展的基础和保证。

测量仪器已经成为了测量行业中非常重要的部分并在其中发挥着巨大的作用。

由于中国在不断的增加基础建设的投入，在市场巨大的消费潜力下，该行业正在迅速的发展之中。

1.42国际仪器发展趋势现状

（1）国际趋势

在创新型国家之中，科学智能仪器的研究得到了尤为突出的看重。

发达国家都把“发展一流的科学仪器支撑一流的科研工作”作为国家长期发展的重中之重，对其给与了大力飞支持。

如美国通过国家自然基金对科学仪器的研究进行扶持，确保其的行业领先位置。

日本在2002年提成了高精密仪器振兴的规划，并且拨巨资给与开发尖端的测量仪器以支持和促成更多诺奖级别的研究；

欧盟投入约40亿欧元来为测量仪器行业提供其研究与发展所需的基础设施，同时将其中操纵和控制设备方面的开发列为重中之重。

而加拿大、印度、澳大利亚等国家也制定了一系列的发展规划并且加大对其的投资力度。

由于这些创新型国家的投入支持，使得科学仪器研发得到了飞速的发展。

近些年来，国际上与仪器仪表有关的研究奖励基本上都授予这些国家的科学家。

由此可见我国与国际社会在测量仪器技术方面的差距之大，实是难以想象。

（2）技术发展趋势

目前，由于引进了先进的高新技术，科学仪器的发展已经呈现出多元化的发展趋势：

一是，常规的科学仪器向着多功能、自动化、智能化、网络化的方面延伸；

二是在生命科学仪器方面已经向着具有实时高效、在线精确、灵活可靠的方面发展；

三是向着与人民生活息息相关的环境、食品、资源能方面发展，已经具备小型化、高效率、专用性的特点；

四是应用与工业的科学仪器能实现在线控制，原位分析的功能。

1.43国内仪器行业发展的特点

我国是智能仪器仪表生产的大国，虽然我国的仪器仪表出口的地区在不断的发展扩大，出口的量也在逐年的增加，但是在大体上看，我国与国外先进的水平还是有着很大的差距，这主要体现在科研投入、自助创新等方面，而且在核心技术、材料质量、集成度等方面也有待改进。

目前我国大多数的生产智能仪器的企业只看重产品的研发而不重视生产技术的开发，一些企业的资金、人才投入也比较着重于产品的技术而非生产，这就导致了仪器硬件的投资不足。

同时自动化水平有限、使得产品的一致性难以保障。

原材料资料差使得仪器寿命短、性能差。

我国的智能仪器要想与国外的相抗衡，就必须要加强生产技术的投入与创新的力度，在引进和吸收国外先进技术的基础上，重点开发生产技术、严格把关原材料质量，研制生产出具有自主知识产权的集成芯片，这就是我国智能仪器仪表发展中的当务之急。

1.5问题的提出

目前，无源器件R、L、C的测量方法多种多样，主要包括电桥法、伏安法和谐振法三种。

电桥法测量精度高，但是不适合快捷方便的自动测量【3】。

伏安法包括有两种测量方法：

自由轴法和固定轴法。

前者坐标轴可随意选择，但为了确保两坐标轴正交，要求在虚拟RLC测量仪中设置高精度的差动放大器和精密检相电路以及高精度A/D转换器、高精度正弦信号源等，这就会增加成本，不适于生产；

后者对硬件有较高的要求，现在很少用该方法。

谐振法测量速度很慢、精度低且要求有较高的信号源。

本次课题设计了一个基于单片机AT89C51的无源器件RLC智能测量仪。

该RLC测