基于单片机高精度电感测量的设计与实现

基于单片机高精度电感测量的设计与实现

基于单片机高精度电感测量的设计与实现

艾树峰

刘波粒

王艳菊

（河北师范大学电子系，河北石家庄"+""&!）

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摘要：电感元件是电路中应用最为广泛的元件之一，因此电感的精度将对电路的性能带来直接的

影响。本文设计的电感测量方案，采用,#-电路，将电感量转换成与之对应的振荡周期-，经缓冲

电路、整形电路后送入./0进行测量及数据处理，并直接数字显示测量结果。本文介绍了该测量方案的硬件和软件设计，同时也对测量误差的产生原因作了扼要的分析。关键词：单片机；电感元件；测量；误差分析中图分类号：-/&%；-1%&

文献标识码：2

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一、前言二、硬件系统的设计

!O单片机测试系统

单片机测试系统如图!所示。它以$%.+!单片机为核心，扩展了P个,3<数码管用以显示测量值。主要工作是在!C内统计,#-电路产生的脉冲信号个数。工作原理：,#-电路将电感量转换成与之对应的振荡周期-，经过缓冲、整形电路送入（-!）。按下测试键，当振荡周期-从$%.+!的/&O+

高电平变为低电平时，开始启动定时器-"!C定时，当定时器-"定时到!C同步启动计数器-!计数，

后，定时器-"停止工作，计数器-!停止记数。取出脉冲个数，经过运算送到,3<数码管显示。

电感元件是电路中应用最为广泛的元件之一，因此电感的精度将直接影响电路的质量。平常测量电感的方法多是阻抗法和电桥法。前者适宜测量较大的电感，且精度不高，而电桥法虽然测量精度较高，但操作烦琐，过程较长，浪费时间。鉴于上述情况，探讨一种简便、精度高、省时、数字显示的测量方法是有必要的。本文介绍的是用单片机来快速、准确地测量电感的一种新型方法。

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收稿日期：(""(#"!#!$

万方数据 "!

基于单片机高精度电感测量的设计与实现

图!单片机测试系统

"#!$"电路原理

图"中%是高速运算放大器，&’、(’分别为标准电容，)*待测电感，(+是取样电阻，(,是负阻抗

变换器’.&的补偿电阻。由图"可得出：

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此关系可通过调节负!/+，

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令!’0!+$

阻抗变换器的参数得到满足。

（2）0()’/+

%&（2）式是一个无阻尼振荡方程，其固有振荡周期

1#$)’

为

图")$-电路原理图

万方数据

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可导出：由（#）

倍数的运算放大器采用反相输入。当正弦波的正半周到来时，使三极管截止，集电极输出电位为2$1，当正弦波的负半周到来时，使三极管导通，集电极输出.电位，即整形电路输出信号波形为$1矩形脉冲。

!"

（$）"#!"!$%

周期的单位以微秒计，则被测如%&!’!(时，电感)*单位为微亨（!。当图,电路接通后，+）)%

电路便起振，由取样电阻-.取出振荡信号电压送到缓冲电路。

三、系统的软件设计

,/缓冲电路缓冲电路见图,。

图,缓冲电路

缓冲电路是一个电压跟随器它的闭环放大倍数01!’，即输出电压输入电压幅度基本相等，相位相同其输出阻抗为

&.!

’.

2)

3.只有".."左右，

而输入阻抗可达几兆欧姆。此电路在系统中的作用是将振荡电路与测量电路“分割”开，以消除测量电路对振荡电路频率的影响，从而保证测量精度。

#/整形电路整形电路见图#。

图#

整形电路

它将电压跟随器送来的正弦信号整形成矩形脉冲，然后送至4.,’单片机的5’端，

单片机要求送入 #万方数据"

软件是由主程序、中断服务程序组成。用5.作为定时器，工作在方式’’..67产生一次中断，5’作为计数器，记录58)产生的脉冲数。主程序框

图如图$所示，中断服务程序如图9所示。

在这里应注意一个问题，定时器5.定时溢出产生中断，从中断申请到%:;响应这个中断的时间

内，5.一直在计数定时。在进入中断服务程序，

执行给定器5.重新赋初值指令前，定时器5.也在计数定时，这样在5.中断一次时会产生$<’.个机器周期的误差，即$<’.!7的误差。消除此误差的方

法时，修正定时器5.的计数初值。定时器的实际初值!理论初值8（$<’.）。

四、数据处理

’/振荡周期!的计算

5.为定时器工作方式，

其定时时间为’..67，5.中断’.次达到’7定时时间时，

关闭5.定时器和5’计数器，5’计数器记录了)%振荡电路的脉冲数，因此振荡周期为：

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’’.9

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"/电感量的计算

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",）%（"）"式中（"#

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!,>/#>，?是误差校正系数。若需扩展量程，可在硬件中通过换档方式改变%&值，也可通过软件改变最低显示位的单位。

五、误差校正及分析

本文提出的测量方法，电感量在’..!+以上直到数千亨，根本不需要校正，测量误差小于’@。但

基于单片机高精度电感测量的设计与实现

图!主程序框图被测电感小于#$$!%时，

误差显著增加，而且被测电感越小测量误差越大。产生误差的主要原因是当被测电感太小时，其实际振荡频率低于理论计算值，使测量结果大于实际值。且被测电感太小时，测量装置的参数的影响增加了。计算机的误差自校正能力是其他测量方法无法比拟的，校正的方法是：程序中在计算&’以前增 …… 此处隐藏：1921字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……