简易RLC测量仪毕业设计(2)

图1.1.1.1参数测试仪 Fig.1.1 .1.1 Parameter test instrument

1.1.2 技术要求

基本要求： (1)测量范围 电阻 100Ω～1MΩ； 电容 100 pF～10000 pF； 电感 100 µH～10 mH； (2)测量精度+5％

(3)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指示所测元件的类别和单位。

发挥部分： (1)扩大测量范围； (2)提高测量精度； (3)测量量程自动转换；

1.2 方案比较

目前，测量电子元件集中参数R、L、C的仪表种类较多，方法也各不相同，这些方法都有其优缺点。

电阻R的测试方法最多。最基本的就是根据R的定义式来测量。在如图1.2.1中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图1.2.1所示。这种测量方法的精度

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变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。

图1.2.1电阻测量电路图

Fig.1.2 .1 Resistance measuring circuit diagram

能同时测量电器元件R、L、C的最典型的方法是电桥法(如图1.2.1)。电阻R可用直流电桥测量，电感L、电容C可用交流电桥测量。电桥的平衡条件为

Z1 Zn ej ( 1 n) Z2 Zx ej ( 2 x)

(1.1)

通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。Q表是用谐振法来测量L、C值(如图1.2.2)。它可以在工作频率上进行测量，使测量的条件更接近使用情况。但是，这种测量方法要求频率连续可调，直至谐振。因此它对振荡器的要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判别很难实现智能化。

图 1.2.2电容测量电路图 Fig.1.2.2Capacitance measuring circuit

用阻抗法测R、L、C有两种实现方法：用恒流源供电，然后测元件电压；用恒压源供电，然后测元件电流。由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适用的测量范围很窄。

很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思想，我们把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值，并送显示，转换的原理分别是RC振荡和LC三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量进拟地转化为数字量，频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由指针读数引起的误

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差。

1.3 方案论证

1.3.1 总体思路

本设计中把R、L、C转换成频率信号f，转换的原理分别是RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率计算出各个参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把R、L、C的值送数码管显示相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。 设计方案该设计方案的总体方框图如图1.3.1.1所示。

图1.3.1.1 设计的总体方框图

Fig.1.3.1 .1 the design of the overall block diagram

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2 主要电路设计与说明

2.1 555芯片简介

方案选择中，利用555时基电路构成多谐振荡器来测量电阻R、电容C，为了测量两个物理量需要两块555时基电路。

2.1.1 芯片的顶视图及各引脚的功能及555芯片工作原理

555时基电路，它的顶视图如下图2.1.1所示，双列直插8脚封装[1]。

图2.1.1.1 555时基电路顶视图 Fig.2.1.1.1 555 time-base circuit top view

顶视图各引脚的功能分别为：1脚：GND；2脚：置位触发；3脚：输出;4脚：复位；5脚：控制；6脚：阈值；7脚：放电；8脚：+电源Vcc。

555集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。

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555定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图2.1.2.1所示：

图2.1.1.2 555定时器的原理电路 Fig.2.1.1.2 555 timer circuit principle

555含有两个比较器A1、A2。A1参考电压为2/3Ucc，A2参考电压为1/3Ucc。当Utl>1/3Ucc时，A2输出为1；当Utl<1/3Ucc时，Uth>2/3Ucc,A2输出为0，则使R-S触发器置1。当Uth<2/3Ucc时，A1输出为1；当Uth>2/3Ucc时，A1输出为0，使R-S触发器置0。5端为电压控制端，通过外接一个参考电源，可以改变上、下触发电位值，不用时，可通一个0.01μF旁路电容接地。4端为触发器复位端，不用时应接高电平。总之，555相当于一个可用模拟电压来控制翻转的R-S触发器。

555电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。用这三种方式中的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路(用得最多的是前两种方式)。

2.2 测RX的RC振荡电路

2.2.1 用555时基电路构成多谐振荡器

在电路中采用RC振荡电路来测量电阻R、电容C的值，用555时基电路构成RC振荡器。如图2.2.1.1(a)所示，将555与三个阻、容元件如图连接，便构成稳态多谐振荡

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模式。

图2.2.1.1（a）电路图 Fig.2.2.1.1 (a) Circuit diagrams

图2.2.1.1（b）波形图 Fig.2.2.1.1 (b) Waveform graph

当加上VCC电压时，由于C上端电压不能突变，故555处于置位状态，输出呈高电平“1”，而内部的放电COMS管截止，C通过RA和RB对其充电，2/6脚电位随C上端电压的升高呈指数上升，波形如图2.2.1.1(b)所示。

当C上的电压随时间增加，达到2/3Vcc阈值电平(7脚)时，上比较器A1翻转，使RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出VO呈低电平“0”。此时，放电管饱和导通，C上的电荷经RB至放电管放电。当C放电使其电压降至1/3Vcc触发电平(2/6脚)时，下比较器A2翻转，使RS触发器复位，经缓冲级倒相，输出VO呈高电平“1”。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。

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由上面对多谐振荡过程的分析不难看出，输出脉冲的持续时间t1就是C上的电压从1/3Vcc充电到2/3Vcc所需的时间，故C两端电压的变化规律为

设

则上式简化为

从上式中求得

一般简写为

t1 0.6932(RA RB)C t1 1ln1/2 0.6932 1 UC(t) VCC(1 2/3e t/ 1)

UC(t) VCC(1 e t/(RA RB)C) 1/3VCCe t/(RA RB)C

(2.1)

1 (RA RB)C

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

电路间歇期t2就是C两端电压从2/3Vcc充电到1/3Vcc所需的时间，即

UC(t) 2/3VCCe t/RBC

(2.6)

从上式中求得t2，并设 2 RBC，则

一般简写为

那么电路的振荡周期T为

T t1 t2 0.693( …… 此处隐藏：2853字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……