B甲电阻电容电感测试仪.docx

1、B甲电阻电容电感测试仪电阻电容电感测试仪摘要：该系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，以DDS AD9850自制信号源和LRC测试电路为主要模块，实现了对L、R、C的精确测量，自制信号源频率可达0.5HZ-10MHZ。采样电路使用16位的模数转换芯片AD7705对L、R、C分压有效值进行实时采样，从而得到高精度测量值，其中电阻档相对误差在2%以内。电容、电感测试误差在4%以内，均超出了题目要求。该系统能进行全自动量程切换，具有自动校准功能；通过24C04实现数据智能化存储；用DS1302提供准确时间系统；用高亮度12864液晶显示数据，读取直观方便，很好的完成了题目基本与发挥部分的各

2、项指标。关键字: STC12C5A60S2 DDS AD9850 LRC 高精度测量 自动档位切换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.si

3、gnal frequency 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 fu

4、nction of automatic 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: STC12C

5、5A60S2 DDS AD9850 LCR precision measuring Automatic switch gear1. 系统方案11系统总体方案设计与结构框图根据题目要求，本电路由电源模块、控制器模块、DDS信号源产生模块、信号放大模块、档位选择模块、精密整流模块、AD采样模块、时钟模块、数据存储及液晶显示等模块组成。系统结构图如图1所示：12方案设计与论证1.2.1控制器模块方案一：采用凌阳公司的SPCE061作为控制核心 ，该芯片是16位单片机资源丰富，很多模块用不到，在该系统中性价比较低。方案二：采用STC12C5A60S2作为控制核心，加密性强，超强抗干扰，超低功耗，I/0

6、驱动能力更强，内部集成可靠复位电路。综合考虑，我们采用方案二。1.2.2 信号源模块方案一：用MAX038产生1Hz到1MHz正弦波信号，信号频率通过键盘设定所需电路复杂。方案二：用AD9850 DDS直接数字频率合成器，利用采样定理，通过查表法产生波形。输出频率可从1Hz到40MHz,AD9850具有功耗低、体积小、重量轻、可靠性高、易于程控、使用相当灵活，因此性价比极高。因为我们所要实现步进连续可调，我们采用方案二。1.2.3 RLC测量模块方案一：谐振法，采用LC组成谐振回路，将被测电感串入电路或将电容并入回路中进行测量。谐但振法要求较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度的要求。由于测

7、试频率不固定，测试速度也很难提高。方案二：电桥法具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反复进行平衡调节，测量时间长，很难实现快速的自动测量。方案三：伏安法测量RLC,它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可得到被测阻抗的相量。综上所述，伏安法实现较为容易，我们采用伏安法进行对R、L、C的测量。1.2.4 精密整流滤波模块方案一：利用二极管单向导电性，把交流信号变成直流，但电路存在非线性误差，二极管正向压降随温度的变化而变化。方案二：采用双运放精密整流全波电路，电路内部二极管采用肖特基二极管，能克服普通二极

8、管整流电路的缺陷。综上所述，我们选择方案二。1.2.5 AD采样模块方案一：采用STC12C5A60S2单片机内部AD进行实时采样，单片机本身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、宽动态范围、自校准、优良抗噪声性能、以及低电压低功耗等特点。非常适合仪表测量和工业控制。为满足精度要求，我们选择方案二。1.2.6 显示模块方案一:采用LED数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显示信息量小，且自身功耗较大。方案二：128X64点阵LCD液晶显示。LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单。我们需要显示内容较多，所

9、以采用此方案。1.2.7 电源模块方案一：采用开关直流稳压电源。开关电源功率大，效率高，但是纹波大，价格相对较高。方案二：采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，性价比较高。综合考虑，我们选择方案二。1.3系统设计通过对系统的整体考虑，选择各模块方案如下：（1）主控模块：增强型51单片机STC12C5A60S2；（2）信号源模块：AD9850 DDS信号发生器；（3）RLC测量模块：伏安法测量RLC；（4）精密整流滤波模块：双运放精密整流滤波电路；（5）AD采样模块：采用16位AD7705采得阻抗电压；（6）显示模块：12864液晶显示；（7）电源模块：线性稳压电源，产生正负12

10、V，正负5V，2.5V电压；（8）数据存储模块：用24C04外部存储模块；（9）时钟模块：采用DS1302时钟芯片；（10）键盘模块：使用4*4矩阵键盘。2. 理论分析与计算电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻相比较的方法。其主要原理：是在待测电阻与标准电阻的串联电路中加一直流电压V。AD采样Rx上电压，则测量电阻为：我们采用伏安法测量电容与电感，测量电感与电容要加入交流正弦波信号，在角频率为的交流信号的作用下，电容和电感获得的容抗和感抗：我们采用电阻与容抗或感抗分压可知:电感所测电容测量Q值时，加入交流信号测量出电感Q值两个方程联立，求得电感；为电感在电路中角频率为的等效阻抗，为电感

11、在电路中角频率为的等效阻抗,L为电感量，为电感的等效电阻。为保证测量精度，必须保证电阻的精度和的高稳定值。为此，我们在该设计中采用了高精度的DDS函数信号发生器AD9850芯片产生正弦波，同时输出缓冲器采用了运算放大器,为保证波形精度采用了闭环深度负反馈方式,无失真的放大正弦信号。3. 电路与程序设计3.1系统电路设计整个系统的硬件电路原理图分为主控器电路，DDS信号源电路，RLC测量电路，AD采样电路，精密整流滤波电路，电源电路，键盘电路，时钟电路，外部存储电路等组成。3.1.1 系统总电路图3.1.2 DDS信号源电路如图3所示，为AD9850 DDS信号源电路，此设计能产生1Hz到30M

12、Hz的正弦波信号，输出不失真且工作稳定。3.1.3 RLC测量电路如图4所示，电路可进行对电阻，电感，电容的测量，实现自动识别器件与量程。3.1.4 精密整流滤波电路如图5所示，双运放全波精密整流电路，实现交流正弦波信号变为稳定直流电压。 3.1.5 AD采样电路如图6所示，16位AD采样电路，使采样精度更高。其他电路如外部存储电路，时钟电路，电源电路见附图1,2,3。3.2 系统软件设计 本系统的软件设计采用C语言对单片机进行编程，从而实现各模块的功能，主程序主要是控制电路的选择、各参数的检测与控制。程序流程图如图7所示。部分程序见附录24. 系统测试与结果分析4.1测试和校准仪器DS510

13、2CA双通道数字存储示波器，7H2811C LCR数字电桥，ZX38A系列电阻箱，RX7系列十进式型电容箱，GX9系列十进制电感箱。4.2测试结果本系统要对R、L、C，以及自制信号源进行测试，自制信号源的测试结果如表1所示表1 自制信号源测试结果信号源设定频率（Hz）示波器测试频率(Hz)测试相对误差1频率过低示波器无法识别1010010010001K1.007K0.00710K10.014K0.0014100K99.889K-0.001111M1.0051M0.005110M10.4483M0.0283由于示波器精度所限，频率低于10Hz示波器无法识别信号。经计算自制信号源最大相对误差为2.

14、83%。电阻测试结果如表2所示表2 电阻测试结果电阻箱阻值()测试值()测试相对误差11.020.021010.180.01810098.50-0.0151K1.010K0.01010K9.805K-0.0195100K101.312K0.013121M1.006M0.00610M10.121M0.0121表3 电容测试结果电容箱电容值测试值测试相对误差10PF9.56PF-0.044100PF103.00PF0.03001nF997.05PF-0.0029510nF10.05nF0.005100nF100.78nF0.00781uF998.78nF-0.0012210uF9.85uF-0.0

15、15100uF102.98uF0.0298表4 电感测试结果标准电感箱测试值测试相对误差10uH10.410.021100uH101.540.01541mH965.35-0.0346510mH10.230.023100mH97.32-0.0268表5 Q值测试结果标准电感箱Q值10uF81.64100uF21.6810mF42.78100mF40.954.3 结果分析信号源测试结果分析：由于示波器精度所限，频率低于10Hz示波器无法识别信号。经计算自制信号源最大相对误差为0.4%，我们的信号源范围更宽。电阻测试结果分析：测量电阻阻值误差较小，最大误差为2%，用16位AD采样直流分压信号极为精确

16、。电容测试结果分析：电容测试最大误差为3%电感测试结果分析：电感测试最大误差小于4%。综上所述：电感、电容、电阻三项指标已经很好的完成了题目的各项要求。5. 设计总结这次大赛，经过四天三夜的拼搏，受益匪浅，我们终生难忘。不仅完成了一件作品，而且大大提高了我们的创新精神，动手能力，团队协作和竞争意识，这些在今后的人生道路上将是一笔宝贵的财富。充分发挥团队合作精神，工作进展很顺利。我们在比赛中做到精益求精，在完成基本功能之后，又向发挥部分进发，最后完成了所有的基本功能和部分发挥部分。参考文献1 杨振江.新型集成电路M，西安电子科技大学出版社，20052 邱关源.电路M，高等教育出版社，2003 3

17、 康华光.电子技术基础M，第五版高等教育出版社，2005 4 马忠梅 等 单片机的C语言应用程序北京：北京航空航 天出版社，20075 吴麟.自动控制原理 清华大学出版社，20066 华成英，童师白.模拟电子技术基础M，2006附录1 附图附图1 外部存储电路附图2 时钟电路附图3 电源电路2 附录#include unsigned int m; void delay(int z) int xx,yy;for(xx=z;xx0;xx-) for(yy=110;yy0;yy-);int main(void) init_lcd (); Adc7705Init(1); /选通道2 =1通道1，=2通道2 clrram(); while(1) m=AverAdc7705(1); /选通道2 m=1.0*m/0xffff*25000; gotoxy(1,0); play_shu(m); delay(250);