一种高精度电阻电感电容测量仪的设计

一种高精度电阻电感电容测量仪的设计

张祥1张治航2周恋佳3茅逸凡4

1，3南京工程学院信息与通信工程学院江苏南京2111002南京工程学院自动化学院江苏南京2111003南京工程学院能源与动力工程学院江苏南京211100

摘要：本设计以AT89S51单片机为控制核心，设计了一款智能电阻电感电容（RLC）测量仪，测量元器件是构造电路产生一定频率的波形，然后单片机读取产生的频率，通过编程将频率处理转化成测量结果在LCD1602显示屏显示。本设计可以实现元器件多个量程的测量，测量误差可以保持在5%左右，具有测量精度高，测量范围广的特点。

关键词：AT89S51单片机；RLC电路；LCD1602显示屏

1.引言

当今社会随着电子技术的快速发展，产品趋于智能化，数字化；设备的性能，价格，发展空间等越来越受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。目前国内外的RLC测试仪，硬件电路比较复杂，体积庞大，不便携带，面且价格比较昂贵，不能实现大众化需求。现在虽然对RLC测量技术趋于成熟，但大多数产品在操作，测量精度和环境适应方面有待调整。为了克服这些缺点，设计出一种可以自动切换量程，体积小，成本小，测量精度高的单片机RLC测量仪，操作简单，原理清晰，测量精度控制在%5左右。

1.1系统方案实现

整体设计思想为将待测元器件接入电路，智能切换量程，RC经过555定时器构成的单稳态电路产生具有一定频率的波形，L通过电容三点式振荡电路输出波形，三者经单片机处理数据，将数据在LCD1602显示屏上显示出来，从而精确测量出待测元器件的大小。

2.硬件实现

2.1电阻测量电路设计

常见测电阻方法有串联分压，直流平衡电桥等，但串联分压法虽然测量电路简单，但测量精度极差，适用范围很窄，满足不了现代社会对高精度电子仪器的需求；直流平衡电桥方法需要测量的参数太多，调节起来麻烦，不易操作；根据测量精度高，电路简易的要求，设计采用555定时器构成单稳态电路测量。

555定时器接成多谐振荡器的振荡周期：

T=

得出：f=；

即：RX=；

将量程设置为两个区间，分别为：

100OΩ<RX<1000Ω；

1000Ω<RX<1MΩ；

注：不同量程R1所取的值不同，R2作为待测电阻。

根据上述公式及电路元器件参数算出其对应频率区间。

2.2电容测量电路

电容的测量类似上述测电阻的方法，采用”脉冲计数法”，通过计算电路输出频率来计算电容的大小。

555定时器接成多谐振荡器的振荡周期：

；

得出：；

令R1=R2；

所以f=1/（3R1×CX）；

即：CX=1/（3R13×f）；

该电阻测量电路电阻阻值分为两档：

100PF<CX<1000PF；

1000PF<CX<10000PF；

注：不同量程R1所取的值不同，C1作为待测电容。

根据上述公式及电路元器件参数算出其对应频率区间。

555定时器构成的多谐振荡器原理图

2.3电感测量电路

电感测量电路采用电容三点式振荡电路输出正弦波经555多谐振荡器分频输出来实现，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是不同性质的，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。

电容三点式振荡电路频率计算公式为：；

即：LX=1/（4π2f2C）；

所选量程范围为100μH<LX<10mH；

根据上述公式及电路元器件参数算出其对应频率区间。

2.4显示电路

常见的显示方法有用LED显示器显示或者LCD1602显示屏显示，但前者只能显示数字和特殊字符，但本设计需要的量程广，LED显示器难以实现，所以采用LCD显示屏实现，其具有编程简单，节省系统时间等特点，

总结：每个测量电路频率计算结果如上面所示，因为单片机最大计数频率为500KHZ，而电感起振频率非常的高，因此需要外接一个由555定时器组成的分频电路来满足单片机的技术要求。

3.软件实现

本设计以单片机为控制核心，编程涉及到元器件的选择，量程切换，参数计算，频率计数，数据送到显示屏等，开始工作时，初始化系统，元器件接入电路，选择元器件类型，之后电阻电容智能选择量程将得到的数据进行处理在显示屏上面显示，电感测量无需选择量程，直接将数据进行处理显示。

4.结论

本设计通过555定时器组成的振荡电路，电容三点式电路，显示电路，分频电路来测量电阻电容电感的值。整个装置电路简单，测量精准，稳定性较好，使用液晶显示屏显示，使得结果显示更加清晰，而且编写程序容易。除了电感测量误差较大，经过查找资料得知可以设置多个频率点来减小误差，整个设计可以满足一般的需求。

参考文献：

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[4]谭浩强.C语言程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

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