电阻、电容、电感测试仪毕业设计.doc

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1、编号： 毕 业 设 计题 目：电阻、电容、电感测试仪院 （系）： 应用科技学院 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 陆才敏 学 号： 0401130337 指导教师单位： 电子工程学院 姓 名： 陈寿宏 职 称： 讲 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2008年 6 月 5 日摘 要在使用电子元器件时，首先需要了解参数。采用传统的仪表进行测量时，首先要从电路板上焊开器件，再根据元件的类型，手动选择量程挡位进行测量，这样不仅麻烦而且破坏了电路板的美观。基于单片机控制实现的RLC测量仪可以在线测量、智能识别、量程自动转换等多种功能，大大提高测量仪的测量速度和精度，扩

2、大了测量范围。因此这种RLC测量仪既可改善系统测量的性能，又保持了印刷电路的美观，较传统的测量仪还具有高度的智能仪和功能的集成化，在未来的应用中将具有广阔的前景。本课题主要研究内容为设计一个基于单片机的RLC智能测量仪器，能够智能地识别出待测元件是电容、电感还是电阻；能精确测量出电阻、电容、电感的参数值，同时还能加入语音播报的功能；可以实现量程电阻的自动转换，无须人工选择档位；对测量仪进行扩充后还实现了二极管、三极管的测量。关键词：RLC测量仪；AT89S52；NE555 AbstractIn the use of electronic components, the first need t

3、o understand parameters.Using the traditional instrument to measure, the first circuit board from a welding device, according to the type of components, manually select range Shift to measure, this is not only troublesome but also undermine The appearance of the circuit board. Based on SCM control t

4、o achieve the RLC-measuring instrument can measure, intelligent identification, range automatic conversion, and other features, thereby greatly increasing the meter measuring speed and accuracy, expanded the range. So this RLC measuring instrument can improve the performance measurement system, and

5、maintain the appearance of the printed circuit, the more traditional measuring instrument also is highly intelligent and functional instrument of integration and application in the future will have broad prospects. The main topics for the design of research has been based on the RLC SCM smart measur

6、ing instruments, smart and able to identify components under test is capacitors, inductors or resistance; can be accurately measured resistors, capacitors, inductors of the parameters, while adding Voice of the broadcast function can be automatically converted range of the resistance, not artificial

7、 selection stalls; measuring instrument to carry out the expanded also to achieve the diodes, transistors measurement.Key words：RLC meter;AT89S52;NE555目 录引言11 硬件电路21.1 设计要求21.2 电路方框图及说明21.3 各部分电路设计21.3.1 电阻测量电路21.3.2 电容测量电路31.3.3 电感测量电路41.3.4 多路选择开关电路51.3.5 按键及显示电路51.3.6 单片机模块61.3.7 量程选择模块71.3.8 电源模

8、块82 软件部分82.1 主程序流程图82.2 程序清单93 相关元器件193.1 元件清单193.2 AT89S52资料203.3 ICM7218资料313.4 74LS390资料323.5 CD4052资料333.6 NE555资料333.7 共阳4位LED数码管资料403.8 三极管相关资料413.9 三端稳压管LM7805资料423.10 继电器资料434 调试总结435 结论44谢 辞45参考文献46附 录47引言测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。本测试仪是把电子元件的参数

9、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。1 硬件电路1.1 设计要求设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，具体要求数据如下：（1）测量范围：电阻1001M；电容100PF10000PF；电感100UH10mH。（2）测量精度：5%；制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别知识所测元件的类型和单位。（3）加入语音播报功能：如测量结果为6.8K欧姆则语音播报“六点八K欧姆”；如

10、电阻小于100欧姆则语音播报“电阻小于100欧姆”。电阻电容器电感器测试仪数字显示外供+9V电源1.2 电路方框图及说明系统分三大部分，既测量电路、通道选择和控制电路。如图1.2.1。被测电阻被测电容被测电感电容三点式震荡电路分频电路 RC震荡电路RC震荡电路 多路选择开关CD4052二极管 指示数字 显示语音 播报按键选择测量电路 AT89S52Addr测量频率FrFcFl量程切换量程切换图1.2.1 RLC测量仪电路方框图1.3 各部分电路设计1.3.1 电阻测量电路 电阻的测量采用“脉冲计数法”，如图1.3.1所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小

11、。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1得到：Fx=1/（ln2）(R2+2Rx)C1即：Rx=1/(ln2)C1-R1/2电路分为2档: RH设置为高电平输出，RL设为低电平输出；1、 100Rx1000欧姆： R3=200欧姆；C14=0.22uF；Rx=(6.56*(1e+6)/(2*fx)-330/2 对应的频率范围为：2.8Kfx 16K 2、 1000Rx1M欧姆：R2=20k欧姆；C1=103PF； Rx =(1.443*(1e+8)/(2*fx)-(1e+4)对应的频率范围为：141Hzfx6.8K图1.3

12、.1 电阻测量电路1.3.2 电容测量电路 电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如图1.3.2所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我们设置R1=R2;得到：Fx=1/3(ln2)R1*Cx即：Cx=1/3(ln2)R1*Fx电路分为2档:1、 R1560K欧姆：CL设置为高电平输出； R4=R6； Cx= (0.94*(1e+6)/ fx；对应的频率范围为：9.4Kfx 0.94K。2、 R1100K欧姆： CH设置为高电平输出；R5=R6；C

13、x =(4.81*(1e+6)/ fx; 对应的频率范围为：480Hzfx 4.8K。图1.3.2 电容测量电路1.3.3 电感测量电路 电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。 Fx=1/(2)即：Lx=1/( 4*Fx*Fx)Lx=38*(1e+6)/ 图1.3.3 电感测量电路1.3.4 多路选择开关电路利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一通道的频率后，输出频率

14、通过通过P35作为CPU定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。P13P14测量类别00Y0-R01Y1-L10Y2-C11*图1.3.4 多路选择开关电路1.3.5 按键及显示电路 按键和二极管分别表示不同类别的测量，如下表所示：按键二极管对应测试项KEY1L1测试RKEY2L2测试CKEY3L3测试L图1.3.5.1 测量选择与指示电路图1.3.5.2 显示模块1计数结果需要显示出来供人们读数， 74LS390能驱动七段数码管以十进制数显示出来记数结果，如图：图1.3.5.3 显示模块21.3.6 单片机模

15、块单片机系统连接如图1.3.6所示：图1.3.6 单片机模块1.3.7 量程选择模块包括电阻量程选择模块和电容量程选择模块，如图1.3.7.1和1.3.7.2所示：图1.3.7.1电阻量程选择模块图1.3.7.2 电容量程选择模块1.3.8 电源模块 电源模块如图1.3.8所示：图1.3.8 电源模块2 软件部分2.1 主程序流程图如图2.1所示：初始化键扫描键分析，置状态yesR测试状态C测试状态L测试状态开中断定时器设置通道及指示灯的设置采值并计算显示是否语音播报放音yesNono图2.1 主程序流程图2.2 程序清单#include #include #include #define I

16、CM7218 XBYTE0x00ff/7218A地址unsigned char Tab = 0xFB,0xB0,0xED,0xF5,0xB6, 0xD7,0xDF,0xF0,0xFF,0xF7 ;/7218A数码管段代码表unsigned char Addr = 0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38, 0x40,0x48,0x50,0x60,0x68,0x70,0x78 ;/ISD1420播放地址代码表 /(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, 乘以10的,次方,欧,皮法,微亨)unsigned char P_tab7 = 0xFF,0xFF,0x

17、FF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF ;/语音播放结果列表 unsigned char SaveData8 = 0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE ;/最终结果unsigned char count = 0, counter = 0, bai = 0, shi = 0, ge = 0, cifang = 0;unsigned long int pinlv = 0, result = 0, flag = 0;sbit Mode = P12;/7218A工作模式sbit R_select = P32;/电阻测量选择按键sbit C_select

18、= P33;/电容测量选择按键sbit L_select = P34;/电感测量选择按键sbit R_led = P22;/电阻指示灯sbit C_led = P21;/电容指示灯sbit L_led = P20;/电感指示灯sbit R_change = P24;/电阻量程转变sbit C_change = P23;/电容量程转变sbit F_B = P14;/模拟开关sbit F_A = P13;sbit Play = P26;/语音播放sbit Feedback = P27;/ISD1420反馈信号/* 延时*/void delay(unsigned int k) unsigned in

19、t a; for(a=0; a=k; a+);/* 频率测量*/void pl(void) TMOD = 0x51;/定时器0工作方式1，计数器1工作方式1 TH0 = 0x3c; TL0 = 0xb0;/50ms定时 TH1 = 0; TL1 = 0;/计数器清零 EA = 1; ET0 = 1; ET1 = 1; TR0 = 1; TR1 = 1;/启动计时计数器 while(count 20000 & result 400000)/修正 result = result * 939 / 1000; else result = result * 891 / 1000; /* 容值公式换算(单

20、位:PF)*/void C_deal(void) result = 13383072 / pinlv;/1001000PF if (C_change = 0)/100010000PF result = 2540851 / pinlv; if (result = 277 & result = 288 & result = 318 & result = 450 & result = 470 & result = 3295 & result = 3600)/修正 result = result * 2; if (result = 2445 & result = 1245 & result = 552

21、 & result = 465 & result = 328 & result 465) result = result * 1000 / 765; if (result = 2) cifang = i-2; else cifang = 0; for (j=0; jcifang; j+) result = result / 10; bai = result / 100; shi = result / 10 % 10; ge = result % 10; SaveData0 = Tabbai; SaveData1 = Tabshi; SaveData2 = Tabge; SaveData3 =

22、Tabcifang;/* ICM7218_LED显示*/void display(void) unsigned char i; Mode = 1;/写命令字 ICM7218 = 0xf0;/十六进制非译码正常工作,后跟显示数据 Mode = 0;/写入数据 for (i=0; i8; i+) ICM7218 = SaveDatai; /* ISD1420语音播放 */void play(void) unsigned char i; P_tab0 = Addrbai;/给表赋值 P_tab1 = Addrshi; P_tab2 = Addrge; P_tab3 = Addr10; P_tab4

23、= Addrcifang; P_tab5 = Addr11; if (R_led = 0)/电阻-欧 P_tab6 = Addr12; if (C_led = 0)/电容-皮法 P_tab6 = Addr13; if (L_led = 0)/电感-微亨 P_tab6 = Addr14; for (i=0; i7; i+) P0 = P_tabi;/地址 delay(20000); Play = 0;/播放 delay(20000); while (Feedback = 1);/等待EOM结束反馈 Play = 1; delay(20000); /* 主函数*/void main(void) R

24、_select = 1;/初始化 C_select = 1; L_select = 1; R_led = 1; C_led = 1; L_led = 1; Play = 1; Feedback = 1; while (1) /*电阻*/ if (R_select =0 )/测电阻 delay(2000);/去抖动 if (R_select = 0) R_led = 0; C_led = 1; L_led = 1; F_B = 0;/模拟开关电阻频率输出 F_A = 0; delay(20000); C_change = 1; R_change = 1;/低量程 delay(50000); de

25、lay(50000); pl();/测频 if (pinlv 164)/是否需要转换(高量程)？ R_change = 0; delay(50000); delay(50000); pl(); R_deal();/结果 daima();/代码转换 display();/显示 /play();/语音播放 /*电容*/ if (C_select = 0)/测电容 delay(2000);/去抖动 if (C_select = 0) C_led = 0; R_led = 1; L_led = 1; F_B = 0;/模拟开关电容频率输出 F_A = 1; delay(20000); C_change

26、 = 1;/低量程 R_change = 1; delay(50000); delay(50000); pl();/测频 if (pinlv 13383)/是否需要转换(高量程)？ C_change=0; delay(50000); delay(50000); pl(); C_deal();/结果 daima();/代码转换 display();/显示 /play();/语音播放 /*电感*/ if (L_select=0)/测电感 delay(2000);/去抖动 if (L_select = 0) L_led = 0; R_led = 1; C_led = 1; C_change = 1;

27、 R_change = 1; F_B = 1;/模拟开关电感频率输出 F_A = 0; delay(20000); pl();/测频 L_deal();/结果 daima();/代码转换 display();/显示 /play();/语音播放 3 相关元器件3.1 元件清单AT89S52芯片一个（带DIP40插槽）ICM7218芯片一个（带DIP28插槽）74LS390芯片一个(带DIP16插槽)CD4052芯片一个（带DIP16插槽）555芯片两个（带两个DIP8插槽）共阳4位LED数码管NPN三极管9013、PNP三极管9015各两个三端稳压管LM7805两个5伏光藕两个5伏继电器两个二极

28、管两个轻触开关4个LED指示灯7个1K8脚排阻1个插针若干电阻：1个2个680 3个1K 2个2K 4个3K 2个3.9K 1个10K 6个20K 1个30K 1个100K 2个560K 1个电容：30PF 2个75P 1个103 2个203 1个104 7个0.22UF 3个10UF 1个470UF 2个1000uF 2个3.2 AT89S52资料单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的

29、控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的

30、8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算

31、器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。AT89S52主要性能与MCS-51单片机产品兼容。8K字节在系统可编程Flash存储器。1000次擦写周期。全静态操作：0Hz33Hz。三级加密程序存储器。32个可编程I/O口线。三个16位定时器/计数器。八个中断源。全双工UART串行通道。低功耗空闲和掉电模式。掉电后中断可唤醒。看门狗定时器。双数据指针。掉电标识符。功能特性

32、描述AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚功能描述VCC电源。GND 地。P0口