简易电阻电容和电感测试仪设计Word文件下载.docx
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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。
2.2电容测量方案
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。
利用交流电桥平衡原理的方案(原理图同图2-2)
通过调节Z1、Z2使电桥平衡。
这时电表的读数为零。
通过读取Z1、Z2、Zn的值,即可得到被测电容的值。
方案三:
利用555构成单稳态原理的方案
图2-4555定时器构成单稳态电路图
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。
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。
2.3电感测量方案
利用电容三点式正弦波震荡原理的方案
图2-5电容三点式正弦波震荡电路图
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。
3、核心元器件介绍
3.1LM317的介绍
LM317可输出连续可调的正电压,可调电压范围1.2V—37V,最大输出电流为1.5A,内部含有过流、过热保护电路,具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。
引脚图:
典型电路:
R1、R2组成电压输出调节电路,输出电压UO表达式为:
V
电容C2与R2并联组成滤波电路,减小输出的纹波电压。
二极管D2的作用是防止输出端与地短路时,电容C2上的电压损坏稳压器。
3.2LM337的介绍
与LM317正好相反,LM337可输出连续可调的负电压,可调电压范围1.2V—37V,最大输出电流为1.5A,内部含有过流、过热保护电路,具有安全可靠、应用方便、性能优良等特点。
3.3NE555的介绍
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。
555集成电路内部结构图:
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。
3.4NE5532的介绍
NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。
相比较大多数标准运算放大器,如1458,它显示出更好的噪声性能,提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。
这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备,仪器和控制电路和电话通道放大器。
如果噪音非常最重要的,因此建议使用5532A版,因为它能保证噪声电压指标。
NE5532特点:
•小信号带宽:
10MHZ
•输出驱动能力:
600Ω,10V(有效值)
•输入噪声电压:
5nV/√Hz(典型值)
•直流电压增益:
50000
•交流电压增益:
2200-10KHZ
•功率带宽:
140KHZ
•转换速率:
9V/μs
•大的电源电压范围:
±
3V-±
20V
•单位增益补偿
NE5532引脚图:
NE5532内部原理图:
3.5STC89C52的介绍
STC单片机的优点:
★加密性强,很难解密或破解
★超强抗干扰:
1、高抗静电(ESD保护)
2、轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰(EFT测试)
3、宽电压,不怕电源抖动
4、宽温度范围,-40℃~85℃
5、I/O口经过特殊处理
6、单片机内部的电源供电系统经过特殊处理
7、单片机内部的时钟电路经过特殊处理
8、单片机内部的复位电路经过特殊处理
9、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.
★在系统可编程,无需编程器,可远程升级
★可送STC-ISP下载编程器,1万片/人/天
★可供应内部集成MAX810专用复位电路的单片机
STC89C52单片机最小系统原理图:
3.6TLC549的介绍
TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片,可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATAOUT三条口线进行串行接口。
具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路,转换时间最长17μs,TLC549为40000次/s。
总失调误差最大为±
0.5LSB,典型功耗值为6mW。
采用差分参考电压高阻输入,抗干扰,可按比例量程校准转换范围,VREF-接地,VREF+-VREF-≥1V,可用于较小信号的采样。
极限参数:
●电源电压:
6.5V;
●输入电压范围:
0.3V~VCC+0.3V;
●输出电压范围:
●峰值输入电流(任一输入端):
10mA;
●总峰值输入电流(所有输入端):
30mA;
●工作温度:
TLC549C:
0℃~70℃
TLC549I:
-40℃~85℃
TLC549M:
-55℃~125℃
工作原理:
TLC549均有片内系统时钟,该时钟与I/OCLOCK是独立工作的,无须特殊的速度或相位匹配。
其工作时序如图2所示。
当CS为高时,数据输出(DATAOUT)端处于高阻状态,此时I/OCLOCK不起作用。
这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时,共用I/OCLOCK,以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。
通常的控制时序:
(1)将CS置低。
内部电路在测得CS下降沿后,再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后,然后确认这一变化,最后自动将前一次转换结果的最高位(D7)位输出到DATAOUT端上。
(2)前四个I/OCLOCK周期的下降沿依次移出第2、3、4和第5个位(D6、D5、D4、D3),片上采样保持电路在第4个I/OCLOCK下降沿开始采样模拟输入。
(3)接下来的3个I/OCLOCK周期的下降沿移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位,
(4)最后,片上采样保持电路在第8个I/OCLOCK周期的下降沿将移出第6、7、8(D2、D1、D0)个转换位。
保持功能将持续4个内部时钟周期,然后开始进行32个内部时钟周期的A/D转换。
第8个I/OCLOCK后,CS必须为高,或I/OCLOCK保持低电平,这种状态需要维持36个内部系统时钟周期以等待保持和转换工作的完成。
如果CS为低时I/OCLOCK上出现一个有效干扰脉冲,则微处理器/控制器将与器件的I/O时序失去同步;
若CS为高时出现一次有效低电平,则将使引脚重新初始化,从而脱离原转换过程。
在36个内部系统时钟周期结束之前,实施步骤
(1)-(4),可重新启动一次新的A/D转换,与此同时,正在进行的转换终止,此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进行的转换结果。
若要在特定的时刻采样模拟信号,应使第8个I/OCLOCK时钟的下降沿与该时刻对应,因为芯片虽在第4个I/OCLOCK时钟下降沿开始采样,却在第8个I/OCLOCK的下降沿开始保存。
3.7ICL7660的介绍
ICL7660是Maxim公司生产的小功率极性反转电源转换器。
该集成电路与TC7662ACPAMAX1044的内部电路及引脚功能完全一致,可以直接替换。
引脚介绍:
引脚号
引脚符号
引脚功能
1
N.C
空脚
2
CAP+
储能电容正极
3
GND
接地
4
CAP-
储能电容负极
5
VOUT
负电压输出端
6
LV
输入低压电压控制端,输入电压低于3.5V时,该脚接地,输入电压高于3.5V时,该脚必须悬空。
7
OSC
工作时钟输入端
8
V+
电源输入端
ICL7660作为电源极性转换器的典型应用电路:
3.81602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。
1602与单片机接口:
接口说明:
编号
符号
引脚说明
VSS
电源地
9
D2
数据口
VDD
电源正极
10
D3
VQ
液晶显示对比度调节
11
D4
RS
数据/命令选择端(H/L)
12
D5
R/W
读写选择端(H/L)
13
D6
E
使能信号
14
D7
D0
15
BLA
背光灯电源正极
D1
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:
1602写操作时序图:
4、单元电路设计
4.1直流稳压电源电路的设计
本系统采用双电源供电,故应设计正、负两路直流稳压电源。
VEE
VCC
4.2电源显示电路的设计
由于TLC549输入电压范围不超过5V,而要测的直流电源电压达15V,可用变阻器分压,将电源电压缩小为1/4后输给TLC549。
又由于TLC549只能输入正电压,对于负电压,可用一NE5532构成的反相器先将负电压转成正电压再加到TLC549的输入端。
其中NE5532采用双电源供电效果比较理想,VEE由ICL7660构成的电源极性转换电路提供,将+5V转换为-5V。
TLC549采集的数据通过1602液晶显示。
4.3电阻测量电路的设计
P1^2
P1^5
P1^5接一独立按键,当其按下时,NE555的3引脚输出方波,3脚与P1^2相接,可通过程序测出其频率,进而求出Rx的值,显示在1602液晶屏上。
4.4电容测量电路的设计
P1^3
P1^6
P1^6接一独立按键,当其按下时,NE555的3引脚输出方波,3脚与P1^3相接,可通过程序测出其频率,进而求出Cx的值,显示在1602液晶屏上。
4.5电感测量电路的设计
P1^4
P1^7
由于电容三点式震荡电路产生的信号较小,所以先加一级单管放大,在跟比较器将正弦波转化成方波。
P1^4接一独立按键,当其按下时,运放输出口输出方波,该口与P1^3相接,可通过程序测出其频率,进而求出Lx的值,显示在1602液晶屏上。
4.6电阻、电容、电感显示电路的设计
采用1602液晶显示,耗能低,显示数值范围较大。
5、程序设计
5.1中断程序流程图
5.2主程序流程图
5.3程序代码
程序1:
直流稳压电源的显示
//数显直流稳压电源程序
//头文件
#include<
reg52.h>
intrins.h>
//宏定义
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
//定义变量
uchartable[6]="
00.00V"
;
//液晶显示字符串
ucharnum,temp;
uintvoltage;
//被测电压的100倍赋给voltage
//TLC549、液晶位声明
sbitad_clk=P3^3;
//TLC549时钟
sbitad_out=P3^4;
//TLC549数据输出
sbitad_cs=P3^5;
//TLC549片选
sbitlcden=P2^4;
//液晶使能端
sbitlcdrs=P2^5;
//液晶数据命令选择端
//子函数声明
voiddelayms(uintxms);
//延时函数
voidwrite_com(ucharcom);
//液晶写命令函数
voidwrite_data(uchardate);
//液晶写数据函数
voidled_init();
//液晶初始化函数
voidtlc549_ad();
//TLC549获取数据及显示数据函数
//主函数
voidmain()
{
led_init();
tlc549_ad();
}
//液晶初始化函数
voidled_init()
lcden=0;
write_com(0x38);
//设置16×
2显示,5×
7点阵,8位数据接口
write_com(0x0c);
//设置开显示,不显示光标
write_com(0x06);
//写一个字符后地址指针加1
write_com(0x01);
//显示清0,数据指针清0
//TLC549获取数据及液晶显示数据函数
voidtlc549_ad()
ad_cs=1;
//ad_cs置高,片选无效
ad_clk=0;
ad_cs=0;
//ad_cs置低,片选有效,同时ad_out输出最高位
_nop_();
//延时至少1.4μs
for(num=0;
num<
8;
num++)//串行数据移位输出
{
temp<
<
=1;
temp|=ad_out;
ad_clk=1;
}
for(num=17;
num>
0;
num--)//延时约17μs
voltage=(uint)(5.0/256*temp*400);
//串行数据转化为十进制输入电压,乘以400赋给voltage
temp=0;
//串行数据清0
table[0]=voltage/1000+48;
//整数部分装入字符串
table[1]=voltage%1000/100+48;
table[3]=voltage%1000%100/10+48;
//小数部分装入字符串
table[4]=voltage%1000%100%10+48;
write_com(0x80);
//设置数据地址指针
6;
num++)//显示字符串table[6]
write_data(table[num]);
delayms(5);
delayms(2000);
//数据显示2s
//延时函数
voiddelayms(uintxms)
uinti,j;
for(i=xms;
i>
i--)
for(j=110;
j>
j--);
//液晶写命令函数
voidwrite_com(ucharcom)
lcdrs=0;
P0=com;
lcden=1;
//液晶写数据函数
voidwrite_data(uchardate)
lcdrs=1;
P0=date;
程序2:
电阻、电容和电感测量值的显示
//简易电阻、电容、电感测量仪程序
//初始化
#defineulongunsignedlong
#definePI3.1415926
ucharcodetable1[8]="
Welcome!
"
uchartable2[16]="
f(Hz)="
uchartable3[16]="
R(Ohm)="
uchartable4[16]="
C(pF)="
uchartable5[16]="
L(uH)="
ucharnum,a=0,th0,tl0;
uintC,L;
ulongf,R;
//液晶使能端
//液晶数据命令选择端
sbitkey_R=P1^5;
//测量电阻按键
sbitkey_C=P1^6;
//测量电容按键
sbitkey_L=P1^7;
//测量电感按键
sbitR_out=P1^2;
//测量电阻信号输入
sbitC_out=P1^3;
//测量电容信号输入
sbitL_out=P1^4;
//测量电感信号输入
//声明子函数
//延时函数
//液晶写命令函数
//液晶写数据函数
//液晶初始化函数
voidt_init();
//定时器0初始化函数
voidkeyscan();
//键盘检测函数(确定被测元件为电阻、电容或电感)
voiddisplay_f(ulongf);
//频率显示函数
voiddisplay_R(ulongR);
//电阻显示函数
voiddisplay_C(uintC);
//电容显示函数
voiddisplay_L(uintL);
//电感显示函数
t_init();
keyscan();
while
(1)
display_f(f);
switch(a)
case1:
R=(ulong)(5000000.0/0.6931472/f-150+0.5);
display_R(R);
break;
case2:
C=(int)(100000000.0/153/0.6931472/f+0.5);
display_C(C);
case3:
L=(int)(1000000000000.0/0.1/PI/PI/f/f+0.5);
display_L(L);
}
//中断函数
voidT0_count()inter
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