基于单片机的高精度电容电感测量仪

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2 0年5 0 7月第己卷第5 5期

单片机的高精度电容电感测量仪刘军李 智5 10 ) 4 0 4 (桂林电子科技大学电子工程学院桂林

摘要：本文介绍了一种基于单片机的高精度电容和电感测量仪器的设计。本设计采用 D S片 A 95产生高精度的正 D芯 D 80弦波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串连电路，通过测量电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电容值或者电感值。本设计利用 5单片机控制测量和计算结果， 1运用自校准电路提高测量精度，采用 10 62液晶模块实时显示数值。实验测试结果表明，本设计性能稳定，测量精度高。 关键词：电容电感测量；电压比例法；A 8 0 6 2液晶模块 D9 5;1 0中图分类号：TP 1 26文献标识码：A

H i h p e ii n i t u e t f r m e s r m e a c t r a d g r c s 0 ns r m n o a u e ntc pa io n● t i■ c nc s a O s l c a ndu a e■a e’ n l b ● li ng e _● pL uJ n L h i u i i Z( e to i p rme t Elcr ncDe at n,Gul iest f e to cTeh oo y Gul 4 0 4 inUnv r i o cr n c n lg, in 5 1 0 ) i y El i i

Ab ta t sr c:Th a e n r d c dt ed sg f ih p e iin i t u e tf rid ca c n a a i rm e s r m e tb s d ep p ri to u e h e in o hg - r cso a nsr m n o u tn ea d c p ct a u e n a e n o o ige h p n sn l i .Th e i d p e c ed sg a o t dAD9 5 o p o u eah g c u a ysn v i a,whc a s d t r u h t es re n 8 0t r d c i h a c r c i ewa esg l n ih p s e h o g h e is cr uto h a a iy o h n uca c n h t n a d r ss a c,a d t e e s r d t er s e tv ot g ft ec - ic i ft ec p ct r

t ei d t n ea d t esa d r e it n e n h n m a u e h e p ciev l eo h a a p ct rt eid ca c n h t n a d r ssa c .U sn heme h d o o tg r p rin c mp t t n c lu ae h a iyo h n u tn ea d t esa d r e it n e ig t t o fv la ep o o to o u a i ac ltd t e o c p ctn ev l eo h d ca c au .Th e i S l ig e hp t o to h e s r m e ta d c lua et er - a a ia c au rt ei u t n ev l e n ed sg U e 5 sn l i o c n r l em a u e n n ac lt h e n d c t s l。u e efc l rt dcru t Oi p o et r cso fme s r me t n s d1 0 D h w h e u t ntm e ut s ds l ai a e ic i - b t m r v hep e iin o a u e n,a d u e 2I 6 t s o t er s l i i . o Th x e i n e ut n i t h tt ep ro ma c Ss a l n hep e iin i il e e p rme trs l idc e t a h e fr n ei t b ea d t rcso Sh g￣ s a Ke wo d:c p ct ra d id ca c e s r m e;v la ep o o to y r s a a io n u tn em a u e nt o tg r p rin;AD9 5 n 8 0;1 0 D 6 2I

0引言 单片机技术已经在智能化测量仪表中得到越来越广泛的应用。利用单片机的软件来代替硬件功能，可以实现仪表测量的自化，能进行数据分析处理，动并以达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。目前的电感、电容轻便仪

本设计采用了与测量电阻相同的测量方法即电压比

例法来测量电容和电感。由于电容和电感属电抗元件，因此不能采用直流来产生测量信号，而只能采用交流信号。 在角频率为 c的交流信号的作用下， c,电容和电感获得的电压分别为：

器设计中存在精度不够高、智能化程度不足的问题。本文介绍了一种利用 MC 5单片机来实现的电容电感测量智

S1能仪器设计，在测量精度和智能化方面得到了改进。

魄矗一D_ ox L _一￣ j L式中：和 L为待测电容和电感。

( 2 )() 3

标准元件的选择有许多种方法，但为了提高测量精度

1测量原理电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻

和降低成本，本设计采用了标准电阻，它获得的电压为：=

I R

() 4

相比较的方法，其原理是在待测电阻 R与标准电阻R的串联电路中加一电流 J这样 R和 R,上将得到电压和，量电阻为：则测Rx—R1 ( 1 ) () 1

根据电压比例法，经过计算可得：r一 () 5

作者简介：刘军，硕士研究生，主要研究方向为自动测试与控制系统。一

4一 8

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研究与开发() 6

垫c, c r

本设计硬件部分主要由以下几个部分组成：1 5单 ( )1片机作为主控制处理器，其主要任务是控制测量，获取数据和量程转换；2A C模数转换器；3标准正弦波产生 () D ()

式中：、、分别是、、的模值。 % 由式()() 5、6可见，为保证测量精度，必须保证电阻的精度和角频率 c的高稳定度。为此， c,在设计中采用了高精度和高稳定度的波形产生芯片 A 9 5。 D 80

芯片 AD 80 ()斩波自稳零式精密运放 IL 60 () 95;4 C 7 5￣5

高精度交流/有效值转换芯片 A 67 ()10液晶模块 D 3;6 62负责显示测量数据。系统框图如图 1示。所2 2测量信号产生电路 .

2硬件电路2 1系统组成框图 .

A 95芯片是美国A I D 80 D公司生产的高集成度 D S D,

图 1系统框图

接上精确的时钟源，采用单片机控制，可产生一个频谱纯

号可直接用作频率信号源或转换成方波而用作时钟脉冲。

净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦信号。此正弦信

6

器 VD D VDD鍪2 1 1 5

VDD

D7 D6 D5

D A N TA I

I 1 oU B VI NP

爱D1 DO8 _ 7——

z[ (

3 2 l 1 9l 2

VN Q I I NF _J DRS TW K E CL

GND 2 2 GND R ET ES

GND C K I L N GND DACBf

∞锄 K f v GND

01 0

G N D

GND

石0 K L CNC VCC GND 1 0 .

01 uF

I

I

j×

d

G D N

图 2测量信号产生电路 AD 80片有并行加载和串行加载 2种方式， 2 95芯图

的高精度的正弦波信号流过串联起来的标准电阻 R和待 测的电容或者电感，电容或者电感一端接地。 仪器通过继电器转换分别从标准电阻的两端测量电

所示是串行加载电路连接图。单片机只需要 4根信号线就可以对 AD 80编程。D T— N是数据加载串行输 95 A A I入线，O D和 W_ L是 2时钟控制线， D T F _U CK根控制 A A—I N引脚上数据输入的时序， E E是 AD 80芯片的复 R ST 95

压。由于 A 6 7 D 3的输入阻抗较低，了降低其分压带来为的误差，测的交流电压通过精密运放￣L 60被 7 5构成的电

位线。在 15MH时钟下， 2 z输出正弦信号和脉冲信号的频率范围为 0 21Hz 0MH, .9￣4 z可通过编程任意输出其

问的频率值，使用方便，频率准确度高。23标准电阻和电容或者电感串联电压比例测量电路 .如图 3所示，准正弦波产生芯片 AD 80产生稳定标 95

压跟随器，后才通过高精度交流/效值转换芯片然有 A 67 D 3转换成有效值，经过 A C转换成数字信号， D在单片机中完成比例运算，最后得到电容值或者电感值。测量不同数值的电感和电容时，以选择相应成比例的标准电可阻和改变 A 95输出信号的频率来分压， D 80这通过单片机一

4一 9

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第2,步标定。输人信号为标准直流电压值 U,关 r开位置在 1。放大电路的输出值为：处U2 GX (+ S = Ur …… 此处隐藏：5032字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……