简易电容电阻电感测量仪概述.docx
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简易电容电阻电感测量仪概述
课程设计报告
题目：
简易电容电阻电感测量仪
学生姓名：
徐玉龙
学生学号：
0908020247
系别：
电气信息工程学院
专业：
自动化
届别：
2013届
指导教师：
苗磊
电气信息工程学院制
2012年5月
简易电容电阻电感测量仪
学生：
徐玉龙
指导教师：
苗磊
电气信息工程学院自动化系
1设计任务及要求
1.1任务
设计并制作一台数字显示电阻参数的测试仪，示意框图如下：
图1系统示意框图
1.2要求
（1）测量范围：
电阻100Ω-1MΩ；电容100pF-10000pF；电感1000μH-10mH。
（2）测量精度：
5%。
（3）制作1602液晶显示器，显示测量数值2。
2系统方案的制定
2.1电阻测试方案
方案一：
利用串联分压原理的方案
图2串联分压电路图
根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。
测量待测电阻Rx和已知电阻R0上的电压，记为Ux和U0。
方案二：
利用555构成单稳态的方案
根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电阻阻值。
由
得
上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。
故本设计选择了方案三。
图3电阻测试电路
2.2电容测量方案[1]
方案一：
利用串联分压原理的方案（原理图同图2-1），通过电容换算的容抗跟已知电阻分压，通过测量电压值，再经过公式换算得到电容的值。
原理同电阻测量的方案一。
方案二：
利用555构成单稳态原理的方案。
图4555定时器的电容测试电路
根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电容值。
由：
若R1=R2,得：
上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要测量的电容值多，而且测量调节麻烦、电容不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。
故本设计选择了方案三。
2.3电感测量方案[1]
方案一：
利用交流电桥平衡原理的方案。
方案二：
利用电容三点式正弦波震荡原理的方案。
图5电感测试电路
由：
得：
上述两种方案从对测量精度要求而言，方案二需要测量的电感值多，而且测量调节麻烦、电感不易测得准确值，不易操作与数字化，相比较而言，方案二还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。
故本设计选择了方案二。
2.4NE555的介绍[1]
555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。
但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。
此外，还可以组成脉冲震荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。
它由于工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。
图6555集成电路内部结构图
图7引脚图
管脚介绍：
555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图（A）所示，按输入输出的排列可看成如图（B）所示。
其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端，是下比较器的输入；3脚是输出端（VO），它有0和1两种状态，由输入端所加电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（VC），可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是接地端。
典型应用—555震荡器电路：
由555构成的多谐振荡器如图（a）所示，输出波形如图（b）所示。
图8555定时器多谐震荡电路及工作波形
接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容充电，当Uc<1/3VDD时，震荡输出Vo=1，放点截止。
当Uc充电到大于等于2/3VDD后，震荡输出Vo翻转成0，此后放点管道导通，使放电端不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD，触发又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变换的脉冲波形。
脉冲宽度约等于0.7R2C，由电容C放点时间决定；TH=0.7（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T=TH+TL。
2.5STC89C52的介绍[3]
STC单片机的优点：
加密性强,很难解密或破解；超强抗干扰；高抗静电（ESD保护）；轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰（EFT测试）；宽电压，不怕电源抖动；宽温度范围，-40℃~85℃；I/O口经过特殊处理；单片机内部的电源供电系统经过特殊处理；单片机内部的时钟电路经过特殊处理；单片机内部的复位电路经过特殊处理；单片机内部的看门狗电路经过特殊处理。
超低功耗：
（1）掉电模式：
典型功耗＜0.1μA。
（2）空闲模式：
典型功耗2mA。
（3）正常工作模式：
典型功耗4mA-7mA。
（4）掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统，如水表、气表、便携设备等。
图9STC89C52单片机最小系统原理图
2.6LCD1602液晶的介绍
本设计使用的1602液晶为5V电压驱动，带背光，可显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置含128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。
图101602与单片机接口
表1接口说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据口
2
VDD
电源正极
10
D3
数据口
3
VQ
液晶显示对比度调节
11
D4
数据口
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
数据口
5
R/W
读写选择端（H/L）
13
D6
数据口
6
E
使能信号
14
D7
数据口
7
D0
数据口
15
BLA
背光灯电源正极
8
D1
数据口
16
BLK
背光灯电源负极
基本操作时序：
读状态输入：
RS=L,R/W=H,E=H。
输出：
D0~D7=状态字。
读数据输入：
RS=H,R/W=H,E=H。
输出：
无
写指令输入：
RS=L,R/W=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：
D0~D7=数据
写数据输入：
RS=H,R/W=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出：
无
3系统方案设计
3.1电阻测量电路的设计[1]
图11电阻测量电路
按下R_key，求出Rx的值，显示在1602液晶屏上。
3.2电容测量电路的设计[1]
图12电容测量电路
按下C_key，求出Cx的值，显示在1602液晶屏上。
3.3电感测量电路的设计[2]
图13电感测量电路
按下L_key求出Lx的值，显示在1602液晶屏上。
3.4电阻、电容、电感显示电路的设计【1】
图14液晶显示电路
采用1602液晶显示，耗能低，显示数值范围较大
4仿真结果和调试
4.1电阻测量电路仿真和调试[3]
图15电阻测试
当配以不同的电阻值时，可以在液晶上得到不同的数值，具体见表2。
4.2电容测量电路仿真和调试[2]
图16电容测试
当配以不同的电容值时，可以在液晶上得到不同的数值，具体见表2。
4.3电感测量电路仿真和调试[2]
图17电感测试
当配以不同的电容值时，可以在液晶上得到不同的数值，具体见表2。
4.4实验数据记录
表2实验数据
待测元件
单片机显示结果
待测电阻
标称值
（Ω）
频率
（Hz）
计算值
（Ω）
相对误差
（%）
R
10000
700
10155
1.55
100000
71
101448
1.448
待测电容
标称值
（pF）
频率
（Hz）
计算值
（pF）
相对误差
（%）
C
100
481
98
2
1000
48
982
1.8
待测电感
标称值
（uH）
频率
（Hz）
计算值
（uH）
相对误差
（%）
L
1000
19608
1448
4.48
5心得体会
这次模电课设的论文和设计是我这大学期间干的最有意义的事之一。
从最初的选题，开题到写论文直到完成论文。
其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改论文，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。
通过这次实践，我了解了简易电阻、电容和电感测试仪的用途及工作原理，熟悉了其的设计步骤，锻炼了设计实践能力，培养了自己独立设计能力。
这次课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的制作能力。
这么一次锻炼可以学到书本里许多学不到的知识，坚韧、独立、思考等。
但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。
比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解等等。
由于能力有限，未能做到准确测量电阻、电容和电感，某些测量结果误差，测量范围较小，感到有点儿遗憾。
这次实践是对自己模电所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很不全面。
本设计是在老师的精心指导和鼓励下完成的。
在此，谨向老师和帮助我的同学表示衷心的感谢！
此外，我还要感谢在我的论文中所有被援引过的文献的作者们，他们是我的知识之源！
最后，再次向所有给予我帮助和鼓励的同学和老师致以最诚挚的谢意！
6参考文献
[1]吴友宇，等.模拟电子技术基础[M].清华大学出版社，2009.
[2]康华光，等.电子技术基础（数字部分、模拟部分）[M].高等教育出版社，1998.
[3]郭天祥，等.51单片机C语言教程--入门、提高、开发、拓展全攻略[M].电子工业出版社，2009.
7附件
7.1电路图
附件图1系统原理图
7.2程序代码
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineulongunsignedlong
#definePI3.1415
sbitR_key=P1^5;
sbitC_key=P1^6;
sbitL_key=P1^7;
sbitR_out=P1^2;
sbitC_out=P1^3;
sbitL_out=P1^4;
intr,c,l,a;
unsignedlongf,R1;
intC1,L1;
uchartab[]={"0123456789."};
sbitrs=P2^0;
sbitrw=P2^1;
sbiten=P2^2;
voiddelay（uintz）
{
uinti,j;
for（i=z;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voidwrite_com（ucharcom）
{
rs=0;
P0=com;
delay（5）;
en=1;
delay（5）;
en=0;
}
voidwrite_data（uchardate）
{
rs=1;
P0=date;
delay（5）;
en=1;
delay（5）;
en=0;
}
voidinit（）
{
en=0;
write_com（0x38）;
write_com（0x0c）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80）;
}
voiddisplay（intl,longtemp）
{
longtem=temp;
intnum[14]={0};
intcounter=0,i=0;
if（l==1）
write_com（0x80+0x43）;
else
write_com（0x83）;
while（temp）
{
temp=temp/10;
counter++;
}
for（i=counter-1;i>=0;i--）
{
num[i]=tem%10;
tem/=10;
}
for（i=0;i{
write_data（tab[num[i]]）;
}
}
voidkeyscan（）
{
write_com（0x80）;
while（（P1&0xe0）==0xe0）;
write_com（0x01）;
if（R_key==0）
{
r=1;
a=1;
write_data（'R'）;
write_data（':
'）;
}
if（C_key==0）
{
c=1;
a=2;
write_data（'C'）;
write_data（':
'）;
}
if（L_key==0）
{
l=1;
a=3;
write_data（'L'）;
write_data（':
'）;
}
while（（P1&0xe0）!
=0xe0）;
}
voidTIME_INIT（）
{
TMOD=0x01;
TH0=0;
TL0=0;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
}
voidmain（）
{
init（）;
TIME_INIT（）;
while
（1）
{
TH0=0;
TL0=0;
TR0=1;
keyscan（）;
display（0,f）;
switch（a）
{
case1:
R1=（ulong）（7213475.002135/f-150+0.5）;display（1,R1）;break;
case2:
C1=（int）（5000000.0/106.0515216/f+0.5）;display（1,C1）;break;
case3:
L1=（int）（1000000000000.0/0.1/PI/PI/f/f+0.5）;display（1,L1）;break;
}
}
}
voidTIME0（）interrupt1
{
uintth0,tl0;
if（r==1）
{
r=0;
while（R_out）;
while（!
R_out）;
TH0=0;
TL0=0;
while（R_out）;
while（!
R_out）;
}
elseif（c==1）
{
c=0;
while（C_out）;
while（!
C_out）;
TH0=0;
TL0=0;
while（C_out）;
while（!
C_out）;
}
elseif（l==1）
{
l=0;
while（L_out）;
while（!
L_out）;
TH0=0;
TL0=0;
while（L_out）;
while（!
L_out）;
}
th0=TH0;
tl0=TL0;
TR0=0;
f=1000000.0/（th0*256+tl0）+0.5;
//f=1000000.0/1.085069/（th0*256+tl0）+0.5;
}
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