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文檔簡(jiǎn)介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 隨著電子工業(yè)的發(fā)展,電子元器件急劇增加,電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來(lái),在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻,電容,電感的大小。因此,設(shè)計(jì)可靠,安全,便捷的電阻,電容,電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。</p><p> 在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中,以L(fǎng)PC2103的ARM為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀,將電阻,電容
2、,電感,使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的,而電感則是根據(jù)西勒電路產(chǎn)生的,并用ARM中定時(shí)器1的捕獲功能捕獲其頻率,通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率,再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。</p><p> 在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以CodeWarrior為仿真平臺(tái),使用C語(yǔ)言編程編寫(xiě)了系統(tǒng)應(yīng)用軟件;包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊。
3、</p><p> 最后,實(shí)際制作了一臺(tái)樣機(jī),在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明該樣機(jī)的功能和指標(biāo)得到了設(shè)計(jì)要求。</p><p> 關(guān)鍵字:555振蕩電路、LPC2103、電阻電容電感</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要ii</b></p&
4、gt;<p><b> 第一章 前言2</b></p><p> 設(shè)計(jì)的背景及意義2</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀2</p><p> 本設(shè)計(jì)所做的工作4</p><p> 第二章 電阻、電容、電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較5</p><p&g
5、t; 第三章 系統(tǒng)的原理框圖6</p><p> 555定時(shí)器簡(jiǎn)介7</p><p> 測(cè)量電阻電路的設(shè)計(jì)9</p><p><b> 電容測(cè)試電路10</b></p><p> 測(cè)量電感的電路設(shè)計(jì)11</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)13</p&g
6、t;<p><b> 主程序流程圖14</b></p><p> 第四章 測(cè)試儀測(cè)試值分析:19</p><p> 第五章 參考文獻(xiàn)22</p><p><b> 6.附錄一23</b></p><p><b> 附錄二26</b></p
7、><p><b> 前言</b></p><p><b> 設(shè)計(jì)的背景及意義</b></p><p> 目前,隨著電子工業(yè)的發(fā)展,電子元器件急劇增加,電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來(lái),在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻,電容,電感的大小。因此,設(shè)計(jì)可靠,安全,便捷的電阻,電容,電感測(cè)試儀具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。</p>
8、;<p> 通常情況下,電路參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量是把被測(cè)參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。</p><p> 電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大,積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。</p><p> 傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單,速度快,但精度低;后者測(cè)量精度高,但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)
9、的發(fā)展,在測(cè)量速度和精度上有很大的改善,電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。</p><p> 電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法,這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜,而且通過(guò)測(cè)量Q值確定電感的方法誤差較大,所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p> 由于測(cè)量電阻,電容,電感方法多并具有一定的復(fù)雜性,所以本次設(shè)計(jì)是在參考555振蕩器基礎(chǔ)上擬定的
10、一套自己的設(shè)計(jì)方案。是嘗試用555振蕩器將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率,這里我們將RLC的測(cè)量電路產(chǎn)生的頻率通過(guò)ARM捕獲其頻率,通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率再通過(guò)該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀</p><p> 當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域,電阻,電容和電感的測(cè)量已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。</p><p>
11、 電阻、電容和電感測(cè)試發(fā)展已經(jīng)很久,方法眾多,常用測(cè)量方法如下。電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大,積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單,速度快,但精度低;后者測(cè)量精度高,但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,在測(cè)量速度和精度上有很大的改善,電容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法,這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的
12、測(cè)量電感但交流電橋的平衡過(guò)程復(fù)雜,而且通過(guò)測(cè)量Q值確定電感的方法誤差較大,所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p> 在我國(guó)1997年05月21日中國(guó)航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電感在線(xiàn)測(cè)量方法及裝置等電位隔離方法,用于對(duì)在線(xiàn)的電阻、電容、電感元件實(shí)行等電位隔離,其特征在于,(1)將一個(gè)運(yùn)算放大器的輸出端與其反相輸入端直接連接,形成一個(gè)電壓跟隨器;(2)將基準(zhǔn)精密電阻(R)的一
13、端與被隔離的在線(xiàn)元件(Z↓[x])的一端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接,基準(zhǔn)精密電阻(R)的另一端與信號(hào)源(V↓[i])或者地連接,被隔離的在線(xiàn)元件(Z↓[x])的另一端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與地或者信號(hào)源(V↓[i])連接,基準(zhǔn)精密電阻(R)與被隔離的在線(xiàn)元件(Z↓[x])連接的一端同時(shí)與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接;(3)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)將運(yùn)算放大器的輸出端與線(xiàn)路板上所有的隔離點(diǎn)(C)連接,隔離點(diǎn)(C)的確定方法是:在線(xiàn)路板上凡是與被隔離的在線(xiàn)元件(Z↓[x])靠近信號(hào)源(
14、V↓[i])的一端(A)相連的電阻、電容、電感元件的另一端均為隔離端(C)。</p><p> 中國(guó)本土測(cè)量?jī)x器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測(cè)試測(cè)量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展,但客觀(guān)地說(shuō)中國(guó)開(kāi)發(fā)測(cè)試測(cè)量?jī)x器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國(guó)測(cè)試儀器落后的原因,就會(huì)有許多不同的說(shuō)法,諸如精度不高,外觀(guān)不好,可靠性差等。實(shí)際上,這些都還是表面現(xiàn)象,真正影響中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的瓶頸為:</p><p> 1
15、.測(cè)試在整個(gè)產(chǎn)品流程中的地位偏低。由于人們的傳統(tǒng)觀(guān)念的影響,在產(chǎn)品的制造流程中,研發(fā)始終處于核心位置,而測(cè)試則處于從屬和輔助位置。關(guān)于這一點(diǎn),在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門(mén)配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀(guān)念上的原因,造成整個(gè)社會(huì)對(duì)測(cè)試的重視度不夠,從而造成測(cè)試儀器方面人才的嚴(yán)重匱乏,造成相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)研究比較薄弱,這是中國(guó)測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。實(shí)際上,即便是研發(fā)隊(duì)伍本身,對(duì)測(cè)試的重視度以及對(duì)儀器本身的研究也明顯不夠。 </p>
16、<p> 2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)模式還沒(méi)有真正建立起來(lái)。本土儀器設(shè)備廠(chǎng)商只是重研發(fā),重視生產(chǎn),重視狹義的市場(chǎng),還沒(méi)有建立起一套完整的現(xiàn)代營(yíng)銷(xiāo)體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過(guò)很大作用,但無(wú)法滿(mǎn)足目前整體解方案流行年代的需求。所以,為了快速縮小與國(guó)外先進(jìn)公司之間的差距,國(guó)內(nèi)儀器研發(fā)企業(yè)應(yīng)加速實(shí)現(xiàn)從面向仿制的研發(fā)向面向應(yīng)用的研發(fā)的過(guò)渡。特別是隨著國(guó)內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長(zhǎng),為這一過(guò)渡提供了根本動(dòng)力
17、,應(yīng)該利用這些動(dòng)力,跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。</p><p> 3.缺乏標(biāo)準(zhǔn)件的材料配套體系。由于歷史的原因,中國(guó)儀器配套行業(yè)的企業(yè)多為良莠不齊的小型企業(yè),標(biāo)準(zhǔn)化的研究也沒(méi)有跟上需求的快速發(fā)展,從而導(dǎo)致儀器的材料配套行業(yè)的技術(shù)水平較低。雖然目前已有較大的改觀(guān),但距離整個(gè)產(chǎn)業(yè)的要求還有一定距離。所以,還應(yīng)把標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研究放到重要的位置。還有,在技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到的條件下,一味地追求精度或追求高指標(biāo),而沒(méi)有處理
18、好與穩(wěn)定性之間的關(guān)系。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。</p><p> 近年來(lái)我國(guó)測(cè)量?jī)x器的可靠性和穩(wěn)定性問(wèn)題得到了很多方面的重視,狀況有了很大改觀(guān)。測(cè)試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過(guò)低谷階段,重新回到了快速發(fā)展的軌道,尤其最近幾年,中國(guó)本土儀器取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,特別是通用電子測(cè)量設(shè)備研發(fā)方面,與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小,對(duì)國(guó)外電子儀器巨頭的壟斷造成了一定的沖擊。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展,為中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x
19、器行業(yè)帶來(lái)了新的契機(jī),加上各級(jí)政府日益重視,以及中國(guó)自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展,都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動(dòng)力和機(jī)遇。從中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出,中國(guó)的測(cè)試測(cè)量?jī)x器每年都以超過(guò)30%以上的速度在快速增長(zhǎng)。在此快速增長(zhǎng)的過(guò)程中,無(wú)疑催生出了許多測(cè)試行業(yè)新創(chuàng)企業(yè),也催生出了一批批可靠性和穩(wěn)定性較高的產(chǎn)品。</p><p><b> 本設(shè)計(jì)所做的工作</b></p>&l
20、t;p> 本設(shè)計(jì)是以555為核心的振蕩電路,將被測(cè)參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率,并利用ARM實(shí)現(xiàn)計(jì)算頻率,所以,本次設(shè)計(jì)需要做好以下工作:</p><p> (1)學(xué)習(xí)ARM原理等資料。</p><p> (2)學(xué)習(xí)CodeWarrior H-JTAG等工具軟件的使用方法。</p><p> (3)設(shè)計(jì)測(cè)量電阻,電容,電感的振蕩電路。</p>&
21、lt;p> (4)設(shè)計(jì)測(cè)量LED動(dòng)態(tài)顯示電路。</p><p> (5)設(shè)計(jì)測(cè)量頻率程序,設(shè)置程序。</p><p> (6)用Multisim軟件仿真電路。</p><p> (7)用DXP軟件繪制電原理圖和印刷電路版圖。</p><p> (8)制作好測(cè)試儀電路板。</p><p> (9)安裝和
22、調(diào)試,并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。</p><p> (10)撰寫(xiě)項(xiàng)目論文。</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案比較</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成,例如利用模擬電路,電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法,電容可用恒流法和比較法,電感可用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片
23、機(jī)結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較:</p><p><b> 1)利用純模擬電路</b></p><p> 雖然避免了編程的麻煩,但電路復(fù)雜,所用器件較多,靈活性差,測(cè)量精度低,現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) </p><p> 應(yīng)用廣泛,它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)
24、中。其速度快,體積小,可靠性和精度都較好,在設(shè)計(jì)中可采用PLC對(duì)硬件進(jìn)行控制,但是用PLC實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴,因而成本過(guò)高。 </p><p> 3)采用CPLD或FPGA實(shí)現(xiàn)</p><p> 應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)電阻,電容,電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì),利用MAXPLUSII集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真,并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中,完成系統(tǒng)的控制作
25、用。但相對(duì)而言規(guī)模大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p> 4)利用振蕩電路與ARM結(jié)合</p><p> 利用555多諧振蕩電路將電阻,電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率,而電感則是根據(jù)西勒電路也轉(zhuǎn)化為頻率,這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,而頻率f是ARM很容易處理的數(shù)字量,一方面測(cè)量精度高,另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,而且ARM構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模
26、的應(yīng)用系統(tǒng),且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。ARM具有可編程性,硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn),而且設(shè)計(jì)時(shí)間短,成本低,可靠性高。</p><p> 綜上所述,利用振蕩電路與ARM結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試儀更為簡(jiǎn)便可行,節(jié)約成本。所以,本次設(shè)計(jì)選定以ARM為核心來(lái)進(jìn)行。</p><p><b> 系統(tǒng)的原理框圖</b></p><p&
27、gt; 本設(shè)計(jì)中,考慮到ARM具有物美價(jià)廉、功能強(qiáng)、使用方便靈活、可靠性高等特點(diǎn),擬采用PLC2103系列的ARM為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試儀的控制。系統(tǒng)分四大部分:測(cè)量電路、控制電路、捕獲頻率和顯示電路。通過(guò)P0.11口捕獲,取得相應(yīng)的振蕩頻率,然后根據(jù)所測(cè)頻率判斷是否轉(zhuǎn)換量程,或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,得出相應(yīng)的參數(shù)值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 三1如下所示。</p><p> 框圖各部分說(shuō)明如下:<
28、/p><p> 1)控制部分:本設(shè)計(jì)以ARM為核心,采用PLC-2103,利用其定時(shí)器的捕獲功能以及所具備的中斷系統(tǒng),鍵盤(pán)顯示板和LED顯示功能等。LED燈:本設(shè)計(jì)中,設(shè)置了3盞綠色指示燈,LED1為電容測(cè)試電路,LED2為電阻測(cè)試電路,LED3為電感測(cè)試電路。數(shù)碼管顯示:本設(shè)計(jì)中有2個(gè)74HC595、8個(gè)按鍵和6個(gè)數(shù)碼管,采用共陽(yáng)極方式連接構(gòu)成動(dòng)態(tài)顯示部分,降低功耗。鍵盤(pán):本設(shè)計(jì)中有KEY1,KEY2,KEY3三
29、個(gè)按鍵,可靈活控制不同測(cè)量參數(shù)的切換,實(shí)現(xiàn)一鍵測(cè)量。</p><p> 2)通道選擇:本設(shè)計(jì)通過(guò)ARM控制的定時(shí)器1來(lái)捕獲被測(cè)頻率的自動(dòng)選擇。</p><p> 3)測(cè)量電路:RC震蕩電路是利用555振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電阻和被測(cè)電容頻率化。西勒振蕩電路是利用西勒振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電感參數(shù)頻率化。通過(guò)ARM強(qiáng)大的運(yùn)算功能,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。</p><p><b&g
30、t; 555定時(shí)器簡(jiǎn)介</b></p><p> 555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件,它性能優(yōu)良,適用范圍很廣,外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器,以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。</p><p> 1)555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p>
31、<p> 555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 三2(A)部分及管腳排列如圖(B)部分所示。</p><p> 圖 三2 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p> 它由分壓器、比較器、基本R--S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個(gè)5KΩ的等值電阻串聯(lián)而成。分壓器為比較器A1、A2提供參考電壓,比較器A1的參考電壓為 ,加在同
32、相輸入端,比較器A2的參考電壓為 ,加在反相輸入端。比較器由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的集成運(yùn)放A1、A2組成。高電平觸發(fā)信號(hào)加在A(yíng)1的反相輸入端,與同相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器 端的輸入信號(hào);低電平觸發(fā)信號(hào)加在A(yíng)2的同相輸入端,與反相輸入端的參考電壓比較后,其結(jié)果作為基本R--S觸發(fā)器 端的輸入信號(hào)。基本R--S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器A1、A2的輸出端控制。</p><p> 2)多諧振蕩器工
33、作原理</p><p> 由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如 圖 三3(C)部分所示,其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖(D)部分所示。</p><p> 圖 三3 振蕩器工作原理</p><p> 設(shè)電容的初始電壓Uc=0,t=0時(shí)接通電源,由于電容電壓不能突變,所以高、低觸發(fā)端VTH=VTL=0 ,比較器A1輸出為高電平,A2輸出為低電
34、平,即 =1, =0(1表示高電位,0表示低電位),R--S觸發(fā)器置1,定時(shí)器輸出u0=1此時(shí) ,定時(shí)器內(nèi)部放電三極管截止,電源Vcc經(jīng)R1,R2向電容C充電,uc逐漸升高。當(dāng)uc上升到 時(shí),A2輸出由0翻轉(zhuǎn)為1,這時(shí) = =1,R--S觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t1期間,定時(shí)器輸出u0為高電平1。</p><p> 時(shí)刻,uc上升到 ,比較器A1的輸出由1變?yōu)?,這時(shí) =0, =1,R--S
35、觸發(fā)器復(fù)0,定時(shí)器輸出u0=0。</p><p> 期間, ,放電三極管T導(dǎo)通,電容C通過(guò)R2放電。uc按指數(shù)規(guī)律下降,當(dāng)時(shí)比較器A1輸出由0變?yōu)?,R--S觸發(fā)器的 = =1,Q的狀態(tài)不變,u0的狀態(tài)仍為低電平。</p><p> 時(shí)刻,uc下降到 ,比較器A2輸出由1變?yōu)?,R--S觸發(fā)器的 =1, =0,觸發(fā)器處于1,定時(shí)器輸出u0=1。此時(shí)電源再次向電容C放電,重復(fù)上述過(guò)程。&
36、lt;/p><p> 通過(guò)上述分析可知,電容充電時(shí),定時(shí)器輸出u0=1,電容放電時(shí),u0=0,電容不斷地進(jìn)行充、放電,輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入,卻能輸出矩形波,其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?lt;/p><p><b> 3)振蕩周期</b></p><p> 由圖(D)可知,振蕩周期T=T1+T2。T1為電容
37、充電時(shí)間,T2為電容放電時(shí)間。</p><p><b> 充電時(shí)間:</b></p><p><b> (3-2)</b></p><p><b> 放電時(shí)間:</b></p><p><b> (3-3)</b></p><p
38、><b> 矩形波的振蕩周期:</b></p><p><b> (3-4)</b></p><p> 對(duì)于矩形波,除了用幅度,周期來(lái)衡量外,還有一個(gè)參數(shù):占空比q,q=(脈寬tw)/(周期T),tw指輸出一個(gè)周期內(nèi)高電平所占的時(shí)間。圖(C)所示電路輸出矩形波的占空比:</p><p><b> (
39、3-5)</b></p><p><b> 測(cè)量電阻電路的設(shè)計(jì)</b></p><p> 定時(shí)器555是一種用途很廣的集成電路,只需外接少量R、C元件,就可以構(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”,由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,通過(guò)計(jì)算振蕩輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)電阻的大小。</p><p> 圖 三4電阻
40、測(cè)試電路仿真圖</p><p> 555接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為:</p><p><b> (3-6)</b></p><p><b> 得出:</b></p><p><b> (3-7)</b></p><p> 即:
41、 </p><p><b> (3-8) </b></p><p><b> 電容測(cè)試電路</b></p><p> 電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”,由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,通過(guò)計(jì)算振蕩輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)電容的大小。</p><p> 圖 三5電容測(cè)試
42、電路</p><p> 555接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為:</p><p><b> (3-11)</b></p><p> 我們?cè)O(shè)置 R1=R2,</p><p><b> 得出:</b></p><p><b> (3-12)</b>
43、;</p><p> 即: (3-13)</p><p><b> 測(cè)量電感的電路設(shè)計(jì)</b></p><p> 電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱(chēng)考畢茲振蕩電路,三點(diǎn)式振蕩電路是指:LC回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件
44、必須是同性質(zhì)的,另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)的,而與發(fā)射級(jí)相連的兩個(gè)電抗元件同為電容式的三點(diǎn)式振蕩電路,也就是"射同基反"的構(gòu)成原則成為電容三點(diǎn)式振蕩電路。其振蕩頻率為:</p><p> 圖 三6電容三點(diǎn)式振蕩電路</p><p> 由于電容三點(diǎn)式振蕩電路(考畢茲電路)不易起振,頻率不易調(diào)整,所以采用并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路(西勒電路),西勒電路易起振,易調(diào)
45、整,頻率穩(wěn)定,實(shí)際應(yīng)用較多。</p><p> 圖 三7電感測(cè)試電路</p><p> 電阻、電容、電感測(cè)試儀的軟件設(shè)計(jì)</p><p> KEY1 C測(cè)量程序的選擇</p><p> KEY2 R測(cè)量程序的選擇</p><p> KEY3 L測(cè)量程序的選擇</p><p>&
46、lt;b> 主程序流程圖</b></p><p> 在電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)中,便于直觀(guān)性,在數(shù)碼管上顯示被測(cè)參數(shù)的選擇,被測(cè)參數(shù)各個(gè)燈的選擇以及具體設(shè)置。通過(guò)三個(gè)按鍵KEY1,KEY2,來(lái)進(jìn)行靈活控制,具體操作如下:</p><p> 首先插入被測(cè)元件,用ARM運(yùn)行測(cè)試儀程,序然后進(jìn)行按鍵選擇,選擇被測(cè)參數(shù)類(lèi)別,之后單片機(jī)根據(jù)按鍵類(lèi)別啟動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)測(cè)試程序,
47、測(cè)試完畢后將結(jié)果送入數(shù)碼管顯示。</p><p> 數(shù)碼管顯示模塊:Timer0為數(shù)碼管掃描使用定時(shí)器。為數(shù)碼管提供掃描頻率。</p><p> 捕獲模塊:Timer1為捕獲頻率模塊,起到捕獲電路產(chǎn)生的頻率。</p><p> 按鍵選擇模塊:當(dāng)按下KEY1時(shí),LED1亮,測(cè)試被測(cè)電容的值;</p><p> 當(dāng)按下KEY2時(shí),LED2
48、亮,測(cè)試被測(cè)電阻的值;</p><p> 當(dāng)按下KEY3時(shí),LED3亮,測(cè)試被測(cè)電感的值;</p><p> RLC測(cè)試儀的軟件流程圖</p><p> .頻率參數(shù)計(jì)算的原理</p><p> 本設(shè)計(jì)頻率的計(jì)算采用定時(shí)器1的捕獲中斷,對(duì)外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測(cè)量,再通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的校正來(lái)完成。</p><p&g
49、t; 單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量的原理如下圖所示。</p><p><b> 測(cè)頻率原理圖示</b></p><p> 說(shuō)明:圖示中t1時(shí)刻檢測(cè)到上升沿進(jìn)入捕獲中斷,變量T1Flag開(kāi)始累加,當(dāng)一秒鐘到了時(shí),則停止計(jì)數(shù),T1Flag值為頻率。</p><p><b> .系統(tǒng)硬件調(diào)試</b></p><p
50、> 本設(shè)計(jì)的硬件部分通過(guò)調(diào)試,在調(diào)試中遇到很多問(wèn)題,由于電路全為萬(wàn)用板焊成,所以電路不如印刷板的穩(wěn)定性好,經(jīng)過(guò)調(diào)試后,誤差均小于5%,達(dá)到本測(cè)試的要求。</p><p><b> 其調(diào)試內(nèi)容為:</b></p><p> ARM板連接數(shù)碼管后,運(yùn)行程序后,數(shù)碼管全亮的顯示效果。</p><p> 2)被測(cè)電阻的調(diào)試,按下KEY2鍵
51、后,數(shù)碼管顯示被測(cè)電阻100K的阻值,測(cè)試儀電阻的單位為1歐姆,電阻顯示的結(jié)果如下圖所示:</p><p> 3)被測(cè)電容的調(diào)試,按下KEY1鍵后,數(shù)碼管顯示被測(cè)電容100uF的示值,</p><p> 測(cè)試儀電容的單位為1nF,電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示:</p><p> 4)被測(cè)電感的調(diào)試,按下KEY3鍵后,數(shù)碼管顯示被測(cè)電感200uH的示值,</
52、p><p> 測(cè)試儀電感的單位為1uH,電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示:</p><p><b> 測(cè)試儀測(cè)試值分析:</b></p><p> 測(cè)試原理:在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,以PLC-2103的ARM板為核心的電阻、電容、電感測(cè)試儀,將電阻、電容、電感,使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。其中電阻和電容采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的,而電感
53、則根據(jù)西勒電路產(chǎn)生的,將振蕩頻率送入P0.11口的捕獲端,通過(guò)捕獲終端服務(wù)程序T1Flag的累加,計(jì)算出電路產(chǎn)生的頻率,在通過(guò)頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。以CodeWarrior for ARM Developer Suite為仿真平臺(tái),使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了測(cè)試程序,包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊、電容測(cè)試模塊和電感測(cè)試模塊。</p><p> 測(cè)試方法:在測(cè)試時(shí)將被測(cè)參數(shù)通過(guò)本系統(tǒng)測(cè)量出來(lái)的示值與參數(shù)的標(biāo)稱(chēng)值進(jìn)行
54、對(duì)比,進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的測(cè)試精度。</p><p> 測(cè)試儀器:示波器,萬(wàn)用表,穩(wěn)壓電源,計(jì)算機(jī)。</p><p> ?。?)測(cè)試結(jié)果:通過(guò)按鍵,實(shí)現(xiàn)其按鍵所對(duì)應(yīng)的功能,并觀(guān)察測(cè)試結(jié)果,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行校正和對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn),并記錄觀(guān)察結(jié)果。</p><p><b> 測(cè)試結(jié)果如下:</b></p><p&g
55、t; a)電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如下圖所示:</p><p> b)電容測(cè)試數(shù)據(jù)如下:</p><p> c)電感測(cè)試數(shù)據(jù)如下:</p><p> 誤差分析:在實(shí)際測(cè)量中,由于測(cè)試環(huán)境,測(cè)試儀器,測(cè)試方法等都對(duì)測(cè)試值有一定的影響,都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果或多或少地偏離被測(cè)量的真值。為了減小本設(shè)計(jì)中誤差的大小,主要利用修正的方法來(lái)減小本測(cè)試儀的測(cè)量誤差。所謂修正的方法就是在測(cè)量
56、前或測(cè)量過(guò)程中,求取某類(lèi)系統(tǒng)誤差的修正值。在測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中選取合適的修正值很關(guān)鍵,修正值的獲得有三種途徑。第一種途徑是從相關(guān)資料中查?。坏诙N途徑是通過(guò)理論推導(dǎo)求?。坏谌N途徑是通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取。</p><p> 本測(cè)試修正值選取主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取,對(duì)影響測(cè)量讀數(shù)的各種影響因素,如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差。通過(guò)對(duì)相同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量結(jié)果和不同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量選取平均值,最后確定被測(cè)參數(shù)公式
57、的常數(shù)K值,從而達(dá)到減小本設(shè)計(jì)系統(tǒng)誤差的目的。由于振蕩電路外圍器件由電容電阻分立元件搭接而成,所以由振蕩電路產(chǎn)生的被測(cè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率有一定的誤差,所以只能通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量,選取合適的修正值來(lái)盡可能的減少本測(cè)試系統(tǒng)的誤差。</p><p> 由于捕獲頻率近似等于諧振頻率,使得測(cè)量本身存在誤差,制作電路板的過(guò)程中,存在一些干擾電阻,電阻和電容靠得太近,會(huì)影響電感產(chǎn)生的振蕩電路產(chǎn)生的頻率。</p>&l
58、t;p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 《555定時(shí)器的自動(dòng)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用》 黃萍、裴素華;</p><p> 河南大學(xué)學(xué)報(bào)《電流負(fù)反饋電容三點(diǎn)式振蕩電路》 鄭景華、劉忠民;</p><p> 曲阜師范大學(xué)物理工程學(xué)院《三點(diǎn)式振蕩電路能否振蕩的判別方法》尹慧、歐陽(yáng)金華;</p&g
59、t;<p> 山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,山東省電信培訓(xùn)中心《一種實(shí)用的電容、電感和電阻自動(dòng)測(cè)量?jī)x》楊霓清、梁村梅。</p><p><b> 6.附錄一</b></p><p> 圖 01示波器顯示555多諧振蕩波形</p><p> 圖 02電阻測(cè)試電路原理圖</p><p> 圖 03
60、電阻測(cè)試PCB圖</p><p> 圖 04電感測(cè)試電路產(chǎn)生的波形</p><p> 圖 05電感測(cè)試電路的原理圖</p><p> 圖 06電感測(cè)試電路的PCB圖</p><p><b> 附錄二</b></p><p><b> 源程序如下:</b><
61、;/p><p> /****************************************Copyright (c)**************************************************</p><p> ** jiangxiligongdaxue Development Co.,LTD.&l
62、t;/p><p> ** graduate school</p><p> ** http://www.zlgmcu.com</p><p><b> **</b></p><p>
63、 **--------------File Info-------------------------------------------------------------------------------</p><p> ** File name:main.c</p><p> ** Last modified Date: 2010-01-15</p>
64、<p> ** Last Version:1.0</p><p> ** Descriptions:The main() function example template</p><p><b> **</b></p><p> **------------------------------------------
65、------------------------------------------------------------</p><p> ** Created by:gongmingming</p><p> ** Created date:2010-01-15</p><p> ** Version:1.0</p><
66、p> ** Descriptions:The original version</p><p><b> **</b></p><p> **------------------------------------------------------------------------------------------------------<
67、/p><p> ** Modified by:</p><p> ** Modified date:</p><p> ** Version:</p><p> ** Descriptions:</p><p><b> **</b></p><p> ******
68、**************************************************************************************************/</p><p> #include "config.h"</p><p> #define LED1 1<<17</p><
69、;p> #define LED2 1<<18</p><p> #define LED3 1<<19</p><p> #define KEY1 1<<16</p><p> #define KEY2 1<<14</p><p&g
70、t; #define KEY3 1<<15</p><p> #define PIN_STR 1<<8</p><p> uint8 const digitable[11]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; // 顯示的段碼</p><
71、p> uint8 const selectable[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; // 顯示的位碼</p><p> uint8 C = 0;</p><p> uint8 R = 0;</p><p> uint8 L = 0;</p>
72、<p> double Cx = 0;</p><p> double Rx = 0;</p><p> double Lx = 0;</p><p> double C1 = 104;</p><p> double C2 = 104;</p><p> double C3 = 10
73、4;</p><p> double WC = 0;</p><p> uint32 HZ=100;</p><p> uint8 DATA[8];</p><p> uint32 T0Flag = 0;</p><p> uint32 T1Flag = 0;</p><p&g
74、t; uint32 N = 0; //捕獲中斷次數(shù) </p><p> uint8 i = 0; //數(shù)碼管顯示位</p><p> unsigned char x;
75、//將DATA【】值賦給x</p><p> uint32 CF = 0;</p><p> /*********************************************************************************************************</p><p> ** Function name:
76、 Timer0_Init</p><p> ** Descriptions: Timer0的初始化</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)&
77、lt;/p><p> *********************************************************************************************************/</p><p> void Timer0_Init(void) //定時(shí)器0用作捕獲加數(shù)碼管掃描頻率發(fā)出
78、</p><p><b> {</b></p><p> T0TC = 0;</p><p> T0PR = 0; //設(shè)置不分頻</p><p> T0MCR = 0x03; //匹配控制器設(shè)置 MR0 匹配中斷復(fù)位</p>&
79、lt;p> T0MR0 = Fpclk/400; //匹配寄存器設(shè)置</p><p> T0CCR = 0x05; //上升沿產(chǎn)生中斷 CAP0.0</p><p> T0TCR = 0x01; //開(kāi)啟定時(shí)器</p><p><b> }</b>&
80、lt;/p><p> /*********************************************************************************************************</p><p> ** Function name: Timer1_Init</p><p> ** Descript
81、ions: Timer1的初始化</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> ******************************
82、***************************************************************************/</p><p> void Timer1_Init(void) //定時(shí)器1用作PWM發(fā)出</p><p><b> {</b></p><p&g
83、t; T1TCR = 0X02; //定時(shí)器1復(fù)位</p><p> T1TC = 0X00;</p><p> T1PR = 0X00;</p><p> PWM1CON = 0X02; //使能PWM
84、輸出 MAT 1.1</p><p> T1MCR = 0X02; // 匹配后復(fù)位T1TC</p><p> T1MR0 = Fpclk/HZ; //匹配值</p><p> T1MR1 = T1MR0/2;
85、 //設(shè)置占空比50%</p><p> T1CCR = 0X30; //下升沿捕獲中斷使能 CAP 1.1</p><p> T1TCR = 0X01;</p><p><b> }</b></p><p> /****
86、*****************************************************************************************************</p><p> ** Function name: EXIT_Init</p><p> ** Descriptions: 外部中斷的初始化</p&g
87、t;<p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> *************************************************************
88、********************************************/</p><p> void EXIT_Init(void)</p><p><b> {</b></p><p> PINSEL0 = (PINSEL0&0X0FFFFFFF)|(0x05<<28);</p>&
89、lt;p> PINSEL1 |= 0x01;</p><p> EXTMODE = 0x07;</p><p> EXTPOLAR = 0x07;</p><p> EXTINT = 0x07;</p><p><b> }</b></p><p> /**********
90、***********************************************************************************************</p><p> ** Function name: IRQ_Timer0</p><p> ** Descriptions: Timer0中斷服務(wù)程序</p>
91、;<p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> **************************************************************
92、*******************************************/</p><p> void __irq IRQ_Timer0(void)</p><p><b> {</b></p><p> if((T0IR & 0x01)!= 0)</p><p><b> {
93、 </b></p><p> T0IR = 0x01;</p><p> T0Flag = 1;</p><p><b> N++;</b></p><p><b> }</b></p><p> VICVectAddr
94、 = 0x00; </p><p><b> }</b></p><p> /*********************************************************************************************************</p><p> ** Function nam
95、e: IRQ_Timer1</p><p> ** Descriptions: Timer1中斷服務(wù)程序</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value:
96、 無(wú)</p><p> *********************************************************************************************************/</p><p> void __irq IRQ_Timer1(void)</p><p><b> {</
97、b></p><p> if((T1IR&0x20)!=0)</p><p><b> { </b></p><p> T1IR = 0x20;</p><p><b> T1Flag++;</b></p><p><b> }
98、</b></p><p> VICVectAddr = 0x00; </p><p><b> }</b></p><p> /*******************************************************************************************
99、**************</p><p> ** Function name: IRQ_EXIT0</p><p> ** Descriptions: EXIT0 中斷服務(wù)程序</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters
100、: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> *********************************************************************************************************/</p><p> void __irq IRQ_
101、EXIT0(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> C = 1;</b></p><p><b> R = 0;</b></p><p><b> L = 0;</b></p><p&g
102、t; IO0CLR = LED1;</p><p> IO0SET = LED2|LED3;</p><p> while((IO0PIN & KEY1)==0);</p><p> EXTINT = 0x07;</p><p> VICVectAddr = 0x00;</p><p><b&g
103、t; }</b></p><p> /*********************************************************************************************************</p><p> ** Function name: IRQ_EXIT1</p><p>
104、; ** Descriptions: EXIT1 中斷服務(wù)程序</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> **************
105、*******************************************************************************************/</p><p> void __irq IRQ_EXIT1(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> R
106、 = 1;</b></p><p><b> C = 0;</b></p><p><b> L = 0;</b></p><p> IO0CLR = LED2;</p><p> IO0SET = LED1|LED3;</p><p> while
107、((IO0PIN & KEY2)==0);</p><p> EXTINT = 0x07;</p><p> VICVectAddr = 0x00;</p><p><b> }</b></p><p> /*************************************************
108、********************************************************</p><p> ** Function name: IRQ_EXIT2</p><p> ** Descriptions: EXIT2 中斷服務(wù)程序</p><p> ** input parameters: 無(wú)&
109、lt;/p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)</p><p> ******************************************************************************************************
110、***/</p><p> void __irq IRQ_EXIT2(void)</p><p><b> {</b></p><p><b> L = 1;</b></p><p><b> C = 0;</b></p><p><b
111、> R = 0;</b></p><p> IO0CLR = LED3;</p><p> IO0SET = LED1|LED2;</p><p> while((IO0PIN & KEY3)==0);</p><p> EXTINT = 0x07;</p><p> VICVec
112、tAddr = 0x00;</p><p><b> }</b></p><p> /*********************************************************************************************************</p><p> ** Function
113、name: IRQ_init</p><p> ** Descriptions: 向量中斷初始化</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Returned value: 無(wú)&l
114、t;/p><p> *********************************************************************************************************/</p><p> void IRQ_Init(void)</p><p><b> {</b></p&g
115、t;<p> VICIntSelect = (0x00);</p><p> VICVectCntl0 = 0x20 | 4 ;</p><p> VICVectCntl1 = 0x20 | 5;</p><p> VICVectCntl2 = 0x20 | 14;</p><p> VICVectCntl3
116、 = 0x20 | 15;</p><p> VICVectCntl4 = 0x20 | 16;</p><p> VICVectAddr0 = (uint32)IRQ_Timer0;</p><p> VICVectAddr1 = (uint32)IRQ_Timer1; </p><p> VICVectAddr2 = (u
117、int32)IRQ_EXIT0;</p><p> VICVectAddr3 = (uint32)IRQ_EXIT1;</p><p> VICVectAddr4 = (uint32)IRQ_EXIT2;</p><p> VICIntEnable = (1<<4) | (1<<5) | (1<<14) | (1&l
118、t;<15) | (1<<16); </p><p><b> }</b></p><p> /*********************************************************************************************************</p><p&
119、gt; ** Function name: MSPI_Init</p><p> ** Descriptions: SPI 初始化</p><p> ** input parameters: 無(wú)</p><p> ** output parameters: 無(wú)</p><p> ** Return
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