基于单片机的电阻电感电容测量系统文档格式.docx
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谐振法要求有较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度测量的要求。
由于测试频率不固定，测试速度也很难提高。
伏安法是最经典的方法，它的测量原理直接来自于阻抗的定义，即若已知流经被测阻抗的矢量电流并测得被测阻抗两端的电压，则通过比较频率便可得到被测阻抗的矢量。
显然，要实现这种方法，仪器必须能进行矢量的测量及除法运算，因而，只有运用近现代电路技术，特别是计算机技术才能是这一经典方法得到发展。
但是其结构复杂，且计算量很大，需借助于计算机，因此不易实现。
在本系统中我们要介绍的是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理一方面便于使仪表实现智能化。
方案中用到的单片机是凌阳的16位单片机SPCE061A，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机SPCE061A的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为SPCE061A的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C/L对应产生的频率。
而且SPCE061A具有语音处理功能，我们在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。
第三章凌阳单片机简介
随着单片机集成化程度的不断提高，现代单片机已经具备了数字信号处理功能，使语音信号处理用单片机实现成为可能。
台湾凌阳公司推出的一款SPCE061A就是这样的产品。
它不但具有微控制器功能，还具有DSP运算功能，可以用来进行数字语音信号处理。
SPCE061A是以μ'
nSPTM16位微控制器及信号处理器芯片为内核的16位单片机，采用模块式集成结构，集成了2KBRAM、32KBFlash、ADC、DAC、并行I/O等，特别适合语音信号处理。
3.1硬件系统结构
（1）SPCE061A结构
SPCE061A是继m’nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。
其内部结构特点如下：
*16位μ'
nSPTM微控制器；
*工作电压：
VDD为2.6～3.6V（CPU）,VDDH为VDD～5.5V（I/O）；
*CPU时钟为0.32～49.152MHz；
*内置存储器：
SRAM为2KB，内存Flash为32KB；
*可编程音频处理；
*2个16位可编程定时器/计数器；
*7通道10位ADC（内置麦克风放大和自动增益控制功能）；
*2个10位DAC；
*32路可编程通用输入输出端口；
*串行输入输出接口；
*低电压监测/低电压复位功能；
*14个中断源可来自定时器、外部时钟输入、键唤醒等；
*内置在线仿真电路ICE；
（2）SPCE061A开发方法
SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。
它既是一个编程器，又是一个实时在线调试器。
PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A相应管脚，直接在目标电路板上的CPU---SPCE061A调试、运行用户编制的程序。
PROBE的另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。
下图是计算机、PROBE、用户目标板三者之间的连接适意图
图3.1用户目标板、PROBE、计算机三者之间的连接图
（3）“61”开发板简要介绍
图3.2“61”开发板内部结构框图
表3-161开发板各管脚功能
POWER
5V或3V供电电路
PLL
锁相环外部电路
Power-电源指示灯
Sleep-睡眠指示灯
RESET
复位电路
K4
复位按键
PROBE
在线调试器串行5pin接口
DAC
一路音频输出电路，采用SPY0030集成音频放大器
MIC
麦克风输入电路
OSC
32768晶振电路
VREF
A/D转换外部参考电压输入借口
R/C
芯片及其他外围电阻.电容电路
K1.K2.K3
扩展的按键：
接IOA0～IOA2
SPCE061A
61板核心：
16位处理器
PORTA
32个I/O口
（4）语音采集的硬件电路
语音采集的硬件电路,MIC采用驻极体电容话筒，这种话筒具有灵敏度高、无方向性、重量轻、体积小、频率响应宽、保真度好等优点。
与PC机的串行通信用SPCE061A的UART接口，用MAX232芯片进行电平转换，即可实现RS232通信。
3.2软件设计与实现
（1）语音信号的采集压缩
语音信号处理的基础是对语音信号进行数字化，并采样存储。
SRCE061A内置专门用于语音信号采集的自动增益控制放大器（AGC）的麦克风输入通道（MIC_IN）。
语音信号经麦克转换成电信号，由隔离电容隔掉直流成分，然后输入至内部前置放大器。
SPCE061A内部自动增益控制电路AGC能随时跟踪、监视前置放大器输出的音频信号电平，当输入信号增器时，AGC电路自动减小放大器的增益；
当输入信号减小时，AGC电路自动增大放大器的增益，以便使进入A/D的信号保持在最佳电平，又可使谐波减至最小。
ADC初始化程序如下：
INTOFF；
R1=0x0030；
[P_TimerA_Ctrl]=R1；
//时钟频率为CLKA的fosc/2
R1=0xfa00；
[P_TimerA_Data]=R1；
//采样率为16kHz
R1=0x003d;
[P_ADC_Ctrl]=R1；
//设置AGC功能
R1=0x00A8;
[P_DAC_Ctrl]=R1;
//采用自动方式且通过MIC_IN通道输入，通过定时器A的溢出锁存数据，ADC为自动方式
R1=0x1000;
[P_INT_Ctrl]=R1；
//开中断IRQ1_TM
INTIRQ；
采样后的数字语音信号数据量非常大，且由于语音信号采样点幅度分布的非均匀性和样本间的相关性等原因，使语音信号中含有大量的冗余信息。
因此，在实际应用中采用各种信源编码技术来消除语音信号的冗余度。
语音编码方法主要有波形编码、参数编码和混合编码。
*波形编码的基本原理是以波形逼近为原则，在时域上把幅度样本分层量化并用代码表示；
特点是语音质量高、抗噪性强编码率高，适于语音及高保真音乐。
*参数编码是基于某种语音产生模型，在编程端分析出该模型参数选择适当的方式进行编码；
特点是语音质量差、抗噪抗弱和编码率低。
*混合编码综合了波形和参数编码之优点。
凌阳SPCE061A提供了压缩算法库——SACMLIB，其处理的语音信号范围是200Hz～3.4kHz的电话语音，并将A/D、编/解码、存储及D/A做成相应的模块，对于每个模块都有其应用程序接口API。
（2）语音数据的传输
SPCE061A的通用异步串口（UART）提供了一个8位全双工标准接口，用于完成SPCE061A与外设之间的串行通信。
借助于IOB口的特殊功能和UARTIRQ中断，可以同时完成UART接口的接收与发送数据的过程。
根据应用需求，把UART设置为中断方式接收数据，以查询方式发送数据。
用凌阳SPCE061A处理语音信号有如下独特之处：
*硬件电路简单，因SPCE061A是一款专门为语音信号处理设计的，麦克和喇叭可直接接入，用户不必外接放大电路等；
*软件编程容易，有相应的API函数，可直接调用。
*用ICE和图形界面编译软件，调试方便。
第四章系统硬件电路设计
4.1电路方框图及说明
系统分三大部分，及测量电路，通道选择和控制电路，如下图所示。
SPCE061A根据所选通道，通过IOA4和IOA3向模拟开关送两位地址信号，取得振荡频率,然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。
图4.1RLC测量系统框图
4.2各部分电路设计
（1）电阻测量电路
LM555是使用极为广泛的一种通用集成电路。
LM555/LM555C系列功能强大、使用灵活、适用范围宽，可用来产生时间延迟和多种脉冲信号，被广泛应用于各种电子中。
555时基电路有双极型和CMOS型两种。
LM555/LM555C属于双极型,优点是输出功率强大,驱动电流达200mA,而另一种CMOS型的优点是功耗低，电源电压低，输入阻抗高，但输出功率要小得多，输出驱动电流只有几毫安。
LM555应用范围：
精确定时.脉冲发生、连续定时、频率变换、脉冲宽度调制等。
特性简介：
直接替换SE555/NE555。
定时时间从微秒级到小时级。
可工作于无稳态和单稳态两种方式。
可调整占空比。
输出端可接收和提供200mA电流。
输出电压与TTL电平兼容。
温度稳定性好于0.005%/℃。
表4-1LM555各管脚功能
引脚编号
符号
功能说明
1
GND
地线
2
TR
触发
3
OUT
输出
4
RES
复位
5
CV
控制电压
6
TH
阀值
7
DIS
放电
8
VCC
电源
图4.2LM555封装
一般可以把LM555电路等效成一个大放电开关的R-S触发器。
这个特殊的触发器有两个输入端：
阀值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；
触发端（TR）可看成是置位端S，低电平有效。
它只有一个输出端OUT，OUT可等效成触发器的Q端。
放电端（DIS）可看成由内部放电开关控制的一个接点，放电开关由触发器的反Q端控制：
反Q=1时DI
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