對電容、電感測試儀的設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1選題的目的意義1</p><p>　　1.2電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3本設計所作的工作2</p><p>　　2 電

2、阻、電容、電感的系統(tǒng)設計2</p><p>　　2.1電阻、電容、電感的系統(tǒng)設計方案比較2</p><p>　　3系統(tǒng)總體設計思路4</p><p><b>　　3.1總體思路4</b></p><p>　　3.2系統(tǒng)總體框圖4</p><p>　　4電阻、電容、電感測試系統(tǒng)的硬件設計

3、5</p><p>　　4.1 MCS-51單片機電路的設計5</p><p>　　4.2 555振蕩電路7</p><p>　　4.3電阻、電容測試電路設計8</p><p>　　4.4電感測試電路設計10</p><p>　　4.5 多路選擇開關設計11</p><p>　　4.6

4、 LED數(shù)碼管電路與鍵盤電路的設計12</p><p>　　5測試電路仿真16</p><p>　　5.1 電感測試電路仿真16</p><p>　　5.2系統(tǒng)測試18</p><p>　　6電阻、電容、電感測試儀的軟件設計19</p><p>　　6.1 I/O口的分配19</p><

5、p>　　6.2 主程序流程圖20</p><p>　　6.3頻率參數(shù)計算的原理22</p><p>　　參 考 文 獻24</p><p><b>　　附 錄25</b></p><p>　　附錄一　系統(tǒng)原理圖及PCB25</p><p>　　附錄二　源程序27</p>

6、;<p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1選題的目的意義</p><p>　　目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電阻，電容，電感的大小。另外，隨著測量技術的飛速發(fā)展以及人

7、們對電參數(shù)的測量精度要求的提高，目前教學實驗中普遍采用的數(shù)字式萬用表已不能滿足測量要求，因此設計可靠，安全，便捷，測量精度更高的電阻，電容，電感測試儀具有廣泛的使用價值和應用前景。</p><p>　　在目前的生產(chǎn)制造業(yè)中,與傳統(tǒng)的手動交流電橋相比,數(shù)字LRC阻抗測量儀因其測量性能穩(wěn)定可靠,無需進行反復的、復雜的手動平衡,還可以減少測量誤差和結果計算,故已被越來越多地被應用于交流阻抗參數(shù)的測量。要保證LRC阻抗測

8、量儀測量準確度,對其性能的考核就顯得尤為重要。</p><p>　　本畢業(yè)設計希望通過對電容、電感測試儀的設計來培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，系統(tǒng)的掌握單片機的開發(fā)設計過程，強化實際應用技能訓練，為今后開展單片機應用系統(tǒng)的設計和開發(fā)打下初步的基礎。</p><p>　　1.2電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　當今電子測試領域，

9、電阻，電容和電感的測量已經(jīng)在測量技術和產(chǎn)品研發(fā)中應用的十分廣泛。國內(nèi)外電阻、電容和電感測試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測量方法如下。</p><p>　　1.電阻測量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。</p><p>　　2.傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量

10、精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測量技術的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。</p><p>　　3.電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準確的測量電感但交流電橋的平衡過程復雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測量常采用時間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p>　　早在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究出

11、一種電阻、電容、電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電阻、電容、電感元件實行等電位隔離。</p><p>　　縱覽目前國內(nèi)外的LRC測試儀，硬件電路往往比較復雜，體積比較龐大，不便攜帶，而且價格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測試LRC的過程中不夠智能而且體積笨重，價格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測試操作過程中需要調(diào)很多參數(shù)，對初學者來說很不方便，當今社會，對LRC的測試雖然已經(jīng)很成熟了

12、，但是價格和操作簡單特別是智能方面有待發(fā)展，價格便宜和操作簡單、智能化的儀表開發(fā)和應用存在巨大的發(fā)展空間，本系統(tǒng)正是應社會發(fā)展的要求，研制出一種價格便宜和操作簡單、自動轉換量程、體積更小、功能強大、便于攜帶的LRC測試儀，充分利用現(xiàn)代單片機技術，研究了基于單片機的智能LRC測試儀，人機界面友好、操作方便的智能LRC測試儀，具有十分重要的意義。</p><p>　　1.3本設計所作的工作</p>&l

13、t;p>　　本設計是以555為核心的振蕩電路，將被測參數(shù)模擬轉化為頻率，并利用單片機實現(xiàn)計算頻率，所以，本次設計需要做好以下工作：</p><p>　　(1)學習單片機原理等資料。</p><p>　　(2)學習PROTEL99SE等工具軟件的使用方法。</p><p>　　(3)設計測量電阻、電容、電感的振蕩電路。</p><p>　

14、　(4)設計測量LED動態(tài)顯示電路。</p><p>　　(5)設計測量頻率程序，設置程序。</p><p>　　(6)用PROTEL軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。</p><p>　　(7)調(diào)試，并進行實際測試，記錄測試數(shù)據(jù)和結果。</p><p>　　(8)撰寫畢業(yè)論文。</p><p>　　2 電阻、電容、電感

15、的系統(tǒng)設計</p><p>　　2.1電阻、電容、電感的系統(tǒng)設計方案比較</p><p>　　(1)電阻測試方案論證</p><p>　　方案一：電阻分壓法。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　結構圖如圖1所示，將待測電阻Rx和基準電阻R串聯(lián)在電路中。由于電阻分壓的作用

16、，當串聯(lián)到電路上的電阻Rx的值不同時其Rx上分的壓降也不同。通過測量上Vx便可求得Rx。 </p><p>　　該方案原理簡單，理論上只要參考電阻精確，就可以測量任何阻值的電阻，但實際上由于AD的分辨率有限，當待測電阻的很大或是很小時就很難測出Rx上的壓降Vx，從而使測量范圍縮小，要提高測量范圍和精度就需要對電阻分檔測試和提高AD的分辨率。這無疑會增加系統(tǒng)的復雜性和成本。</

17、p><p><b>　　方案二：電橋法。</b></p><p><b>　　圖 2</b></p><p><b>　　結構圖如圖2所示，</b></p><p>　　電橋法又稱零示法。它利用指零電路作為測量的指示器，工作頻率很寬，能在很大程度上消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響，精度很高

18、。但為保證電橋的平衡，要求信號源的電壓和頻率穩(wěn)定，特別是波形失真要小，增大硬件電路的難度。</p><p>　　方案三：555多諧振蕩。</p><p>　　利用RC和555定時器組成的多諧振蕩電路，通過測量輸出振蕩頻率的大小即可求得電阻的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實現(xiàn)簡單，通過選擇合適的電容值即可獲得適當?shù)念l率范圍，再交由單片機處理。 </p><p>

19、;　　綜合比較，本設計采用方案三，采用RC多諧振蕩電路，電路簡單可行，單片機易控制。 </p><p>　　(2)電容測量方案論證</p><p>　　方案一：利用RC充電原理，根據(jù)電路原理電容充電的時間常數(shù)τ=RC。通過選擇適當?shù)膮⒖茧娙?，通過測量充電到一個固定電壓時所需的時間即可以測量出相應的電阻阻值。此方案下測量大電容較準，但在電容容量較小時，電容在極短的時間內(nèi)就能充滿，即充電時間較

20、短，所以很難測準。</p><p>　　方案二：同樣利用RC和555定時器組成的多諧振蕩電路，通過測量輸出振蕩頻率的大小即可求得電容的大小，如果固定電阻值，該方案硬件電路實現(xiàn)簡單，能測出較寬的電容范圍，能夠較好滿足題目的要求。</p><p>　　綜合比較，本設計采用方案二，采用RC多諧振蕩電路，電路簡單可行，單片機易控制。</p><p>　　(3)電感測量方案論

21、證</p><p>　　方案一:采用平衡電橋法測量電感。將待測電感和已知標準電阻電容組成電橋，通過單片機控制調(diào)節(jié)電阻參數(shù)使電橋平衡，此時，電感的大小由電阻和電橋的本征頻率即可求得，該方案測量精準，同時可以測量電容和電阻的大小，但其電路電路復雜，實現(xiàn)起來較為困難。</p><p>　　方案二:采用LC配合三極管組成三點式震蕩振蕩電路，通過測輸出頻率大小的方法來實現(xiàn)對電感值測量。該方案成本低，

22、其輸出波形為正弦波，將其波形整形后交給單片機測出其頻率，并轉換為電感值。</p><p>　　綜合比較，本設計采用方案二，電路簡單，性價比高。</p><p><b>　　3系統(tǒng)總體設計思路</b></p><p><b>　　3.1總體思路</b></p><p>　　本設計是基于單片機AT89S

23、51智能處理，根據(jù)單片機的外接按鍵控制測量電路的選擇，通過555定時器構成的多諧振蕩器和電容反饋式三點式構成的振蕩電路長生的一定頻率的波。再通過單片機的I/O口對高低電平的捕獲讀出頻率，再通過程序算法處理換算成電阻電容電感的值，然后再通過單片機送給液晶顯示。</p><p>　　RLC簡易測量儀設計的關鍵問題是：如何完成RLC的測量。</p><p>　　RLC簡易測量儀設計的核心問題是：

24、如何產(chǎn)生轉化電路輸出頻率。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)總體框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)設計框圖如圖3如下所示：</p><p><b>　　圖 3</b></p><p>　　框圖各部分說明如下：</p><p>　　1)控制部分：本設計以單片機為核心，

25、采用51單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時/計數(shù)器和LED顯示功能等。LED燈：本設計中，設置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。數(shù)碼管顯示：本設計中有1個74HC02、2個74LS573、1個2803驅動和6個數(shù)碼管，采用共陽極方式連接構成動態(tài)顯示部分，降低功耗。鍵盤：本設計中有Sr，Sc，SL三個按鍵，可靈活控制不同測量參數(shù)的切換，實現(xiàn)一鍵測量。</p>&l

26、t;p>　　2)通道選擇：本設計通過單片機控制CD4052模擬開關來控制被測頻率的自動選擇。</p><p>　　3)測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實現(xiàn)被測電阻和被測電容頻率化。電容三點式振蕩電路是利用電容三點式振蕩電路實現(xiàn)被測電感參數(shù)頻率化。通過51單片機的IO口自動識別量程切換，實現(xiàn)自動測量。</p><p>　　4電阻、電容、電感測試系統(tǒng)的硬件設計</p>

27、;<p>　　4.1 MCS-51單片機電路的設計</p><p>　　在本設計中，考慮到單片機構成的應用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)，且應用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現(xiàn)。另外，本設計還需要利用單片機的定時計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機為核心進行設計具有極大的必要性。在硬件設計中，選用MS-51系列單片機，其各個

28、I/O口分別接有按鍵、LED燈、七位數(shù)碼管等，通過軟件進行控制。 </p><p>　　MCS-51單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在分別加以說明：</p><p><b>　　1)中央處理器：</b></p><p

29、>　　中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：</p><p>　　內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而

30、不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果或用戶定義的字型表。</p><p>　　3)程序存儲器(ROM)：</p><p>　　共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。</p><p>　　4)定時/計數(shù)器(ROM)：</p><p>　　有兩個16位的可編程定時/

31、計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。</p><p>　　5)并行輸入輸出(I/O)口：</p><p>　　共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。</p><p><b>　　6)全雙工串行口：</b></p><p>　　內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行

32、數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。</p><p><b>　　7)中斷系統(tǒng)：</b></p><p>　　具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串口中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。</p><p><b>　　8)時鐘電路：</b></

33、p><p>　　內(nèi)置最高頻率達12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序。本設計中單片機的設計電路如下圖4所示：</p><p><b>　　圖 4</b></p><p>　　本電路使用單片機內(nèi)部振蕩器，11.0592MHz的晶體諧振器直接接在單片機的時鐘端口X1和X2，電路中C2、C3為振蕩器的匹配電容。該電路簡單，工作可靠 。另外

34、本系統(tǒng)的容阻上電復位，就是利用RC電路的充電過程來給單片機復位。RC電路的時間常數(shù)計算公式：</p><p><b>　　T=RC</b></p><p>　　即：T=RC=10u*10k=100ms。當需要復位時，也可以按下復位按鍵，進行復位。</p><p>　　4.2 555振蕩電路</p><p>　　555定時

35、器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。</p><p>　　1)555定時器內(nèi)部結構</p><p>　　555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結構如圖5

36、(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。</p><p>　　圖5 555定時器內(nèi)部結構</p><p>　　555含有兩個比較器A1、A2。A1參考電壓為，A2參考電壓為。當時，A2輸出為1；當時，A2輸出為0，則使R-S觸發(fā)器置1。當時，A1輸出為1；時，A1輸出為0，使R-S觸發(fā)器置0。5端為電壓控制端，通過外接一個參考電源，可以改變上、下觸發(fā)電位值，不用時，可通過一個0.01μF

37、旁路電容接地。4端為觸發(fā)器復位端，不用時應接高電平?？傊?55相當于一個可用模擬電壓來控制翻轉的R-S觸發(fā)器。</p><p>　　2)多諧振蕩器工作原理</p><p>　　用555定時器組成的多諧振蕩器的原理圖如圖6所示。R1、R2、C是外接元件。當uc因電源接通對C充電而上升到時，比較器A1輸出為低電平，使R-S觸發(fā)器輸出置0，T導通，電容C通過T放電；當uc因電容放電而減小到略低

38、于時，比較器A2輸出為低電平，使R-S觸發(fā)器輸出置1，T截止，電容C繼續(xù)充電直到uc略高于時，觸發(fā)器又翻轉到0，從而完成一個周期振蕩。其振蕩周期可用下式計算：</p><p>　　T=0.7（R1+2R2）C</p><p>　　圖 6 555多諧振蕩器原理圖</p><p>　　4.3電阻、電容測試電路設計</p><p><b&g

39、t;　　(1)電阻測試電路</b></p><p>　　定時器555是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測量采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。</p><p>　　555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：</p><p><b&g

40、t;　　得出：</b></p><p>　　即： </p><p><b>　　電路分為2檔：</b></p><p>　　100Rx<1000 Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srd

41、,R2=330Ω,C2=0.22uF：</p><p>　　1000Rx <1M Ω：按下電阻測試建Sr，閉合開關Srg,R1=20KΩ,C3=103pF：</p><p>　　電阻測試電路見圖7所示。</p><p><b>　　圖7 電阻測試電路</b></p><p>　　(2) 電容測試電路</p&g

42、t;<p>　　電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電容的大小。</p><p>　　555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：</p><p>　　我們設置 R1=R2,</p><p><b>　　得出：</b></p><p>　　即：

43、 </p><p><b>　　電路分為1檔：</b></p><p>　　R4=510KΩ,R4=R6；</p><p>　　電容測試電路見圖8所示。</p><p><b>　　圖8 電容測試電路</b></p><p>　　4.4電

44、感測試電路設計</p><p>　　電感的測量是采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。電容三點式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，三點式振蕩電路是指：LC回路中與發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質的，另外一個電抗元件必須為異性質的，而與發(fā)射級相連的兩個電抗元件同為電容式的三點式振蕩電路，也就是"射同基反"的構成原則成為電容三點式振蕩電路。其振蕩頻率為：</p><p>　　即：

45、 </p><p>　　電感測試電路見圖9所示。</p><p><b>　　圖9 電感測試電路</b></p><p>　　4.5 多路選擇開關設計</p><p>　　利用CD4052實現(xiàn)測量類別的轉換，CD4052是差分四通道數(shù)字控制模擬開關器件，有A0和A1兩個二進制控制輸入端和

46、INH輸入，具有低導通阻抗和很低的截止電流。當INH輸入端=“1”時所有通道截止，二位二進制輸入信號選通四對通到中的一通道。當選擇了某一通道的頻率后，Y輸出頻率通過T1送入單片機進行計數(shù)，通過計算得到要被測值，多路選擇開關控制如表1 所示。</p><p>　　表1 多路選擇開關控制</p><p>　　表1中*表示未定義此功能。</p><p>　　多路選擇開關硬

47、件電路如圖10所示。</p><p>　　圖10 多路選擇開關</p><p>　　4.6 LED數(shù)碼管電路與鍵盤電路的設計</p><p>　　在電阻、電容、電感測試系統(tǒng)中，用LED燈來顯示測量參數(shù)的類別和電源指示，既簡單又顯而易見。</p><p>　　與小白熾燈泡和氖燈相比，LED的特點是：工作電壓很低(有的僅一點幾伏)；工作電流很小(

48、有的僅零點幾毫安即可發(fā)光)；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強弱。由于有這些特點，發(fā)光二極管在一些光電控制設備中常常用作光源。在本設計中，利用單片機的P1.0、P1.1和P1.2口直接和發(fā)光二極管相連接，控制程序放在 MCS-51單片機的ROM中。由于測試指示燈為發(fā)光二極管且陽極通過限流電阻與電源正極相接，所以為共陽極。因此 I/0口輸出低電平時，與之相連的相應指示燈會亮；I/0口輸出高電

49、平時，相應的指示燈會滅。發(fā)光二極管的接口電路如圖11所示：</p><p>　　發(fā)光二極管的設計中，每個二極管與單片機接口間有一個電阻，其阻值至少為180歐。按3.3V時的工作電流15mA來計算，需要讓與之串聯(lián)的電阻，分去VCC 5V電壓中的2.7V電壓，則得到R=U/I=2.7V/0.015A=180歐，且電阻的功率為P=UI=2.7V*0.015A=0.041W。</p><p>　　

50、圖11發(fā)光二極管的接口電路</p><p>　　另外，在本設計中，LED應用于七位數(shù)碼管中，實現(xiàn)了被測參數(shù)的顯示，七位數(shù)碼管以共陰極的方式經(jīng)過74LS573鎖存器與單片機的P0口相連。六位數(shù)碼管顯示被測參數(shù)的示值從左到右依次代表十萬、萬、千、百、十和個位，這樣顯示結果更為簡單可行。</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)

51、數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。1)靜態(tài)顯示驅動：靜態(tài)驅動也稱直流驅動，靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動使編程簡單，顯示亮度高。</p><p>　　2)動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,

52、f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，

53、每位數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　經(jīng)過對兩種顯示方式的比較分析：靜態(tài)方式需要大量I/O，而動態(tài)掃描顯示方式能夠節(jié)省大量的I/O口，且電路結構也比較簡單，顯示效果良好，因此

54、最終采用動態(tài)掃描顯示方式。</p><p>　　系統(tǒng)核心電路(AT89S51最小系統(tǒng))的P0口以總線方式與二片數(shù)據(jù)鎖存器(74HC573)相連接，二片74HC573的片選使能端(LE)分別連接在或非門(74HC02)的1、4管腳，三個或非門相類似，都是兩個輸入端的其中一端接在單片機的16管腳(WR)，而另一端分別接在P2.5~P2.6。單片機片選電路如圖12所示。</p><p>　　圖1

55、2 單片機片選電路</p><p>　　或非門片選電路分析：當單片機通過P0口總線輸出數(shù)據(jù)時，16管腳(WR)為低電平“0”，片選信號端P2.5~P2.7中，要被片選端為“0”，其它為“1”，這樣三個或非門中，只有需要片選中或非門的輸出為高電平“1”，其它兩個或非門的輸出信號為低電平“0”。另外，74HC573數(shù)據(jù)鎖存器的LE使能端為高電平有效，與之前電路結合可以實現(xiàn)片選功能。</p><p&

56、gt;　　在本設計中，LED顯示接口電路如下圖13所示：</p><p>　　電路由6個共陰極數(shù)碼管、兩個74HC573和一個ULN2803組成。</p><p>　　兩個74HC573分別作為段碼和位碼的數(shù)據(jù)鎖存器，它們的片選信號來自最小系統(tǒng)AT89S52的P2.5和P2.6，由此可以計算出它們的片選地址：段碼片選地址為[C000H~DFFFH]，位碼片選地址為[A000H~BFFFH]

57、。</p><p>　　圖 13 LED顯示接口電路</p><p>　　ULN2803是達林頓管，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出的作用。由于電路使用的是共陰極動態(tài)顯示方式，ULN2803在位碼數(shù)據(jù)鎖存器后連接八個數(shù)碼管的COM端，可以增強驅動數(shù)碼管的能力，使數(shù)碼管的顯示效果更好。</p><p>　　本設計中設置了Sr,Sc,SL三個按鍵，利用單片機的P1.0

58、、P1.1和P1.2口直接和按鍵相連接，控制程序放在 MCS-51單片機的ROM中用于啟動各個被測參數(shù)程序的調(diào)整。見圖14按鍵電路所示</p><p><b>　　圖14 按鍵電路</b></p><p>　　控制R、L、C的三個按鍵接入一個10K大小的上拉電阻，起限流保護作用。當有鍵按下時為低電平，無鍵按下時則為高電平。</p><p>&l

59、t;b>　　5測試電路仿真</b></p><p>　　5.1 電感測試電路仿真</p><p>　　PSpice仿真軟件簡介：</p><p>　　這次設計中主要用到Pspice軟件中的電路原理圖編輯程序Schematics模塊和輸出結果繪圖程序Probe模塊。其中在電路原理圖編輯程序Schematics模塊中PSPICE的輸入有兩種形式，一種是

60、網(wǎng)單文件(或文本文件)形式，一種是電路原理圖形式，相對而言后者比前者較簡單直觀，它既可以生成新的電路原理圖文件，又可以打開已有的原理圖文件。電路元器件符號庫中備有各種原器件符號，除了電阻，電容，電感，晶體管，電源等基本器件及符號外，還有運算放大器，比較器等宏觀模型級符號，組成電路圖，原理圖文件后綴為.sch。而在輸出結果繪圖程序Probe模塊中Probe程序是PSPICE的輸出圖形后處理軟件包。該程序的輸入文件為用戶作業(yè)文本文件或圖形文

61、件仿真運行后形成的后綴為.dat的數(shù)據(jù)文件。它可以起到萬用表，示波器和掃描儀的作用，在屏幕上繪出仿真結果的波形和曲線。</p><p>　　利用PSpice仿真軟件對電容三點式振蕩電路的仿真原理如圖15，雙擊XSC1后可查看仿真波形，仿真波形如圖16所示。</p><p><b>　　圖15仿真原理</b></p><p><b>　

62、　圖16仿真波形</b></p><p>　　由仿真結果可知該輸出波形為正弦波，為了方便頻率測量，把該波形通過555構成的施密特觸發(fā)器整形為方波，送入單片機T1口進行頻率計算。</p><p><b>　　5.2系統(tǒng)測試</b></p><p>　　(1)測試原理：在系統(tǒng)設計中，以MCS-51單片機為核心的電阻、電容、電感測試儀，將

63、電阻，電容，電感，使用對應的振蕩電路轉化為頻率實現(xiàn)各個參數(shù)的測量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，而電感則是根據(jù)電容三點式產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入AT89C52的計數(shù)端端，通過定時并且計數(shù)可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出被測參數(shù)。以Keil51為仿真平臺，使用C語言與匯編語言混合編程編寫了系統(tǒng)應用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊。</p><p>　　(2

64、)測試方法：在測試時將被測參數(shù)通過本系統(tǒng)測量出來的示值與參數(shù)的標稱值進行對比，進而可以知道本系統(tǒng)的測試精度。</p><p>　　(3)測試儀器：示波器，萬用表，穩(wěn)壓電源，計算機。</p><p>　　(4)測試結果：通過按鍵，實現(xiàn)其按鍵所對應的功能，并觀察測試結果，對設計進一步的進行校正和對實現(xiàn)功能的可靠性的確認，并記錄觀察結果。</p><p><b>

65、;　　測試結果如下：</b></p><p>　　a)電阻測試數(shù)據(jù)如表2所示。</p><p><b>　　表2電阻測試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　b) 電容測試數(shù)據(jù)如表 3所示。</p><p><b>　　表 3電容測試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　

66、c) 由于電感制作復雜本次測試暫未對電感進行測試。</p><p>　　(4)測試分析：在實際測量中，由于測試環(huán)境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導致測量結果或多或少地偏離被測量的真值。為了減小本設計中誤差的大小，主要利用修正的方法來減小本測試儀的測量誤差。所謂修正的方法就是在測量前或測量過程中，求取某類系統(tǒng)誤差的修正值。在測量的數(shù)據(jù)處理過程中選取合適的修正值很關鍵，修正值的獲得有三種途徑。第一

67、種途徑是從相關資料中查??；第二種途徑是通過理論推導求取；第三種途徑是通過實驗求取。</p><p>　　本測試修正值選取主要通過實驗求取，對影響測量讀數(shù)的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差。通過對相同被測參數(shù)的多次測量結果和不同被測參數(shù)的多次測量選取平均值，最后確定被測參數(shù)公式的常數(shù)K值，從而達到減小本設計系統(tǒng)誤差的目的。由于振蕩電路外圍器件由電容電阻分立元件搭接而成，所以由振蕩電路產(chǎn)生的被

68、測參數(shù)對應的頻率有一定的誤差，所以只能通過多次實驗測量，選取合適的修正值來盡可能的減少本測試系統(tǒng)的誤差。</p><p>　　6電阻、電容、電感測試儀的軟件設計</p><p>　　6.1 I/O口的分配</p><p>　　P1.0 R測量程序的選擇</p><p>　　P1.1 C測量程序的選擇</p><p>

69、;　　P1.2 L測量程序的選擇</p><p>　　P1.3-P1.4多路選擇開關控制選擇</p><p>　　P1.0、P1.1和P1.2按鍵輸入及測量指示燈</p><p>　　在本設計的模塊中，模塊是以單片機為核心，再通過按鍵控制測量的被測參數(shù)在數(shù)碼管顯示，按鍵主流程圖如17所示。</p><p>　　圖17按鍵主程序流程圖<

70、/p><p>　　6.2 主程序流程圖</p><p>　　在電阻、電容、電感測試儀的設計中，便于直觀性，在數(shù)碼管上顯示被測參數(shù)的選擇，被測參數(shù)各個燈的選擇以及具體設置。通過三個按鍵Sr,Sc,SL來進行靈活控制，具體操作流程如圖18所示。 </p><p>　　圖18 RLC測試儀的軟件流程圖</p><p>　　首先插入被測元件，開關打開以

71、后，按下SET鍵，進行復位，然后進行按鍵選擇，選擇被測參數(shù)類別，之后單片機根據(jù)按鍵類別啟動相應的參數(shù)測試程序，測試完畢后將結果送入數(shù)碼管顯示。</p><p>　　6.3頻率參數(shù)計算的原理</p><p>　　本設計頻率的計算采用單片機外部中斷 ，對外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測量，再通過對測量數(shù)據(jù)的校正來完成。</p><p>　　單片機對頻率測量的原理如下圖

72、19所示。</p><p>　　圖19 測頻率原理圖示</p><p>　　說明：圖19中t1時刻檢測到高電平開定時器1，開始計數(shù)；t2時刻等待檢測低電平；t3時刻第二次檢測到高電平時關定時器停止計數(shù)。</p><p>　　利用GATE=1,TR1=1,只有 引腳輸入高電平時，T1才允許計數(shù)，利用此，將外部輸入脈沖經(jīng) 引腳上輸入，等待高電平的到來，當檢測

73、到高電平時開定時器開始計數(shù)，然后檢測低電平，當檢測到低電平時已經(jīng)測得脈沖的脈寬，但我們測得是頻率，故在程序中藥繼續(xù)檢測等待下一個高電平的到來，此時關定時器</p><p>　　停止計數(shù)，用此計數(shù)值乘以機器的周期數(shù)(晶振頻率已知)，得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號的頻率。程序流程圖如圖20所示：</p><p>　　圖20 頻率計算程序流程圖</p>&

74、lt;p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]劉軍，李智.基于單片機的高精度電容電感測量儀【J】.國外電子測量技術.2007.26（6）.</p><p>　　[2]Al Dutcher.使用少量元件的廉價易用電感測試儀【J】.電子設計技術.2007（7）.</p><p>　　[3]牛白齊.基于單片機的電容測試

75、儀設計【J】.儀器儀表用戶.2005.12（4）.</p><p>　　[4]陳江華等.一種實用的電容、電感、電阻自動測試儀【J】.計量與測試技術.2002.29（1）.</p><p>　　[5]郝鵬,王大明.基于51單片機的電阻、電容、電感測試儀【J】.科技向導.2011.20.</p><p>　　[6]張培仁.基于C語言編程MCS-51單片機原理與應用【M】

76、.清華大學.2008.3 </p><p>　　[7]歐亞軍.Proteus軟件在單片機實驗室中的應用.科技信息：學術版 2006.12X</p><p>　　[8]沈曉谷.采用脈沖計數(shù)法以單片機實現(xiàn)電容的測量.上海應用技術學院學報：自然科學版.2006.4</p><p>　　[9]李正浩,姜寶鈞.51單片機在LED數(shù)碼管顯示中的應用.實驗科學與技術.2006.B

77、12.</p><p>　　[10]呂超亞.手把手教你學單片機的C語言程序設計（十五).電子制作.2006.10.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄一　系統(tǒng)原理圖及PCB</p><p><b>　　附圖１</b></p><p><

78、;b>　　附圖２</b></p><p><b>　　附錄二　源程序</b></p><p><b>　　源程序：</b></p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include <stdio.h></p>

79、<p>　　#include <math.h></p><p>　　#include <absacc.h></p><p>　　unsigned char inte=0; //頻率值溢出定時器值</p><p>　　unsigned long int uu=0; //頻率相對應的計數(shù)值</p

80、><p>　　unsigned long int ff=0; //實際頻率值</p><p>　　typedef unsigned char uchar;</p><p>　　typedef unsigned int uint;</p><p>　　uchar key1;</p><p>　　int

81、 m=0,w=0,q=0,b=0,s=0,g=0;</p><p>　　#define LEDSEGXBYTE[0xbfff]</p><p>　　#define LEDDATXBYTE[0xdfff]</p><p>　　/*** 按鍵 ***/</p><p>　　sbit sl=P1^0;</p><p&

82、gt;　　sbit sc=P1^1;</p><p>　　sbit sr=P1^2;</p><p>　　sbit fw=P3^5;</p><p>　　sbit srg=P1^5;</p><p>　　sbit srd=P1^6; </p><p>　　void delay

83、_5ms()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j;</p><p>　　for(j=0;j<5;j++)</p><p>　　for(i=0;i<125;i++){;}</p><p><b>　　}</b></p

84、><p>　　void delay_50us()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for (i=0; i<6; i++){;}</p><p><b>　　}</b>

85、;</p><p>　　void display(uchar num,uchar seg)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch(num)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1:num=0x06;brea

86、k;</p><p>　　case 2:num=0x5b;break;</p><p>　　case 3:num=0x4f;break;</p><p>　　case 4:num=0x66;break;</p><p>　　case 5:num=0x6d;break;</p><p>　　case 6:num=0x7d

87、;break;</p><p>　　case 7:num=0x07;break;</p><p>　　case 8:num=0x7f;break;</p><p>　　case 9:num=0x6f;break;</p><p>　　case 0:num=0x3f;break;</p><p>　　default :n

88、um=0x00;break;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　switch(seg)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 1:seg=0x01;break;</p><p>　　case 2:seg=0x02;br

89、eak;</p><p>　　case 3:seg=0x04;break;</p><p>　　case 4:seg=0x08;break;</p><p>　　case 5:seg=0x10;break;</p><p>　　case 6:seg=0x20;break;</p><p>　　default :seg=

90、0x00;break;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LEDSEG=seg;</p><p>　　delay_50us();</p><p>　　LEDDAT=num;</p><p>　　delay_50us();</p><p><b

91、>　　}</b></p><p>　　void timer1(void) interrupt 3</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p><b>　　TH1=0x00;</b></

92、p><p><b>　　}</b></p><p>　　void cafrequent(void)reentrant</p><p><b>　　{</b></p><p>　　long int l1=0x00;</p><p>　　long int h1=0x00;<

93、;/p><p>　　float tt=0; //tt用于計算頻率</p><p>　　TMOD=(TMOD&0x0F)|0x90; </p><p><b>　　TH1=0x00;</b></p><p><b>　　TL1=0x00;</b></p><p>

94、<b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　while(fw==1); </p><p><b>　　TR1=1; </b></p><p>　　while(fw==0);</p><p>

95、　　while(fw==1);</p><p><b>　　TR1=0;</b></p><p><b>　　l1=TL1;</b></p><p><b>　　h1=TH1;</b></p><p>　　uu=h1*256+l1+inte*65536;</p>

96、<p><b>　　inte=0;</b></p><p>　　tt=uu/(11.0592*1000000.0/12.0);</p><p>　　ff=(unsigned long int)(1.0/tt); //頻率值</p><p><b>　　}</b></p><p>　　vo

97、id judgekey()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　long int R=0,C=0,L=0;</p><p>　　cafrequent();</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　while(sr==0)</p>

98、<p><b>　　{</b></p><p>　　if (srd==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　//R=(6560000.0/(2.0*ff))-(330.0/2.0);</p><p>　　R=(6906343.0/(2.0*ff))-(3

99、30.0/2.0);</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　m=R/100000;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　w=(R/10000)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　q=(R/1000)

100、%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　b=(R/100)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　s=(R/10)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p><b>　　g=R%10

101、; </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else (srg==0) ;</p><p><b>　　{</b></p><p>　　R=((1000000.0/(0.693*0.01*ff))-20000.0)/2.0;</p><

102、;p>　　delay_5ms();</p><p>　　m=R/100000;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　w=(R/10000)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　q=(R/1000)%10;</p><p>

103、　　delay_5ms();</p><p>　　b=(R/100)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　s=(R/10)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p><b>　　g=R%10; </b></p>&

104、lt;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(sc==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　// C=2790000.0/ff;</p><p>　　C=31

105、93333.0/ff;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　m=C/100000;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　w=(C/10000)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　q=(C/1000

106、)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　b=(C/100)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　s=(C/10)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p><b>　　g=C%1

107、0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(sl==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　L=38000000.0/(ff*ff);</p><p>　　delay_5ms();</

108、p><p>　　m=L/100000;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　w=(L/10000)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　q=(L/1000)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p>

109、<p>　　b=(L/100)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　s=(L/10)%10;</p><p>　　delay_5ms();</p><p><b>　　g=L%10; </b></p><p><b>　　}<

110、/b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(m,1);</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　display(w,2);</p>&l

111、t;p>　　delay_5ms();</p><p>　　display(q,3);</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　display(b,4);</p><p>　　delay_5ms();</p><p>　　display(s,5);</p><p>

112、　　delay_5ms();</p><p>　　display(g,6);</p><p>　　delay_5ms();</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p>

113、<p><b>　　{</b></p><p>　　judgekey();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　不知不覺，十二周的畢業(yè)設計結束了。我的畢業(yè)論文已整理完畢。畢業(yè)設計的完成意味著我的大學

114、學習生活即將結束，從此我將進入一個新的人生旅途、開始一段嶄新的生活——工作。在此，我衷心地感謝所有在我做畢業(yè)設計期間幫助過我的人。 </p><p>　　首先我要感謝付老師的大力幫助和支持。在整個設計過程當中，為我的畢業(yè)設計帶來了很大方便。同時在我完成畢業(yè)設計的過程中提供了很多指導性的意見，使我受益匪淺。在此，我衷心感謝老師們給予我的幫助和教育。</p><p>　　此外，還要衷心感謝其他