大学生电子设计竞赛数字式RLC测量仪设计报告.doc

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1、大学生电子设计竞赛设计报告数字式RLC测量仪（B题）摘要本系统是基于STC89C52单片机控制的数字式RLC测量仪，利用单片机对R、L、C的参数进行测量，充分利用单片机的运算和控制功能，硬件软件相结合，测量方便，精度较高。系统是使用振荡电路将电阻、电容、电感的参数转化为频率，将振荡频率由CD4052模拟开关送入STC89C52进行计算处理，然后对其值进行补偿，智能切换量程，测量结果用LCD1602液晶显示。其中电阻和电容的参数转化频率是采用555多谐振荡电路产生，而电感的参数转化频率则是根据LC三点式振

2、荡产生，本设计思路清晰，结构合理，误差控制在题目所要求的范围内。关键词：STC89C52，RLC,模拟开关,555多谐振荡,LC三点式振荡,LCD1602一、系统总体方案1.系统方案比较及论证1.1方案选择1.1.1电阻测量方案方案一：串联分压原理图1串联电路原理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。通过测量Rx和R0上的电压。由公式Rx=Ux/(U0/R0)。方案二：利用直流电桥平衡原理的方案图2电桥（其中R1，R2，为可变电位器，R3为已知电阻，R4为被测电阻）根据电路平衡原

3、理，不断调节电位器，使得电表指针指向正中间。由R1*R4=R3*R4.在通过测量电位器电阻值，可得到R4的值。方案三：利用555构成单稳态的方案图3555定时器构成单稳态根据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f=1/[(R1+2R2)*C*In2]，得到公式：R2=1/2*[1/(f*c*Ln2)-R1]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，方案二需要有较高精度的电阻组成桥，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，

4、方案三利用555构成的震荡起，用单片机的定时计数器计555输出的振荡频率，经软件计算得出电阻值，而且与电容的测量电路相仿，制作电路板起来方便，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。1.1.2电容测量方案方案一：直接通过串联电路原理。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：采用平衡电桥法。将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥，通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡，此时，电感的大小由电阻和电桥的本征频率即可求得，该方案测量精准，同时可

5、以测量电容和电阻的大小，但其电路电路复杂，实现起来较为困难。方案三：555构成单稳态原理图4555定时器构成单稳态根据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f=1/[(R1+2R2)*C*In2]得到公式：Cx=1/[c*Ln2(R1+2*R2)]综合比较后，本设计采用了方案三。1.1.3电感测量方案方案一：采用平衡电桥法测量电感。将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥，通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡，此时，电感的大小由电阻和电桥的本征频率即

6、可求得，该方案测量精准，同时可以测量电容和电阻的大小，但其电路电路复杂，实现起来较为困难。方案二：电容三点式构成正弦波原理图5电容三点式根据电容三点式公式：从而可得电感的计算公式：采用LC配合三极管组成三点式振荡电路，通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本低，其输出波形为正弦波，将其波形整形后交给单片机测出其频率，并转换为电感值。相比之下，方案二的测量精度比方案一要高得多，并且也容易实现，所以选择方案二。1.1.4多路模拟开关选择方案一：四选一模拟开关CD4052。方案二：十六选一模拟开

7、关DG406。方案三：32x32路矩阵模拟开关SL59532。基于本设计题目要求和选择的需要，考虑成本及控制简易程度等，四选一模拟开关CD4052为最佳选择，故本系统选择方案一。1.1.5显示方案方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD1602）显示。方案二：采用点阵式液晶显示器（LCD12864）显示。基于本设计题目要求，需要液晶显示和测量的量程范围，相比之下，LCD1602液晶显示低功耗节能，占用空间小，并且格价相对便宜，完全能满足题目所要求的测量显示，故本设计采用的是LCD1602液晶显示。图6160

8、2显示电路1.1.6主控芯片选择方案一：采用CPLD或FPGA用的VHDL硬件电路描述语言，实现电阻，电容，电感测试仪的设计，利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真，并下载到CPLD或FPGA可编程逻辑器件中，完成系统的控制作用，但相对而言规模大，结构复杂。方案二：采用STC系列单片机目前广泛应用的STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时