基于arm的電阻電容電感測試儀

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，在應(yīng)用中我們常常要測定電阻，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LPC2103的ARM為核心的電阻、電容、電感測試儀，將電阻，電容

2、，電感，使用對應(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，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測頻率，再通過該頻率計(jì)算出被測參數(shù)。</p><p>　　在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是以CodeWarrior為仿真平臺，使用C語言編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊。

3、</p><p>　　最后，實(shí)際制作了一臺樣機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了測試，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)器簡介7</p><p>　　測量電阻電路的設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　電容測試電路10</b></p><p>　　測量電感的電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　電阻、電容、電感測試儀的軟件設(shè)計(jì)13</p&g

6、t;<p><b>　　主程序流程圖14</b></p><p>　　第四章 測試儀測試值分析：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，在應(yīng)用中我們常常要測定電阻，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)字化測量是把被測參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測量。</p><p>　　電阻測量依據(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)算器法測量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測量。</p><p>　　傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測量技術(shù)

9、的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。</p><p>　　電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p>　　由于測量電阻，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振蕩器將被測參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里我們將RLC的測量電路產(chǎn)生的頻率通過ARM捕獲其頻率，通過定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測頻率再通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。</p><p>　　電阻、電容、電感測試儀的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)今電子測試領(lǐng)域，電阻，電容和電感的測量已經(jīng)在測量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。</p><p>

11、　　電阻、電容和電感測試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測量方法如下。電阻測量依據(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)算器法測量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測量。傳統(tǒng)的測量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡單，速度快，但精度低；后者測量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，在測量速度和精度上有很大的改善，電容的數(shù)字化測量常采用恒流法和比較法。電感測量可依據(jù)交流電橋法，這種測量方法雖然能較準(zhǔn)確的

12、測量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p>　　在我國1997年05月21日中國航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電感在線測量方法及裝置等電位隔離方法，用于對在線的電阻、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、端與被隔離的在線元件(Z↓[x])的一端通過導(dǎo)線連接，基準(zhǔn)精密電阻(R)的另一端與信號源(V↓[i])或者地連接，被隔離的在線元件(Z↓[x])的另一端通過導(dǎo)線與地或者信號源(V↓[i])連接，基準(zhǔn)精密電阻(R)與被隔離的在線元件(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)通過導(dǎo)線將運(yùn)算放大器的輸出端與線路板上所有的隔離點(diǎn)(C)連接，隔離點(diǎn)(C)的確定方法是：在線路板上凡是與被隔離的在線元件(Z↓[x])靠近信號源(

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>　　中國本土測量儀器設(shè)備發(fā)展的主要瓶頸。盡管本土測試測量產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，但客觀地說中國開發(fā)測試測量儀器還普遍比較落后。每當(dāng)提起中國測試儀器落后的原因，就會有許多不同的說法，諸如精度不高，外觀不好，可靠性差等。實(shí)際上，這些都還是表面現(xiàn)象，真正影響中國測量儀器發(fā)展的瓶頸為：</p><p>　　1

15、.測試在整個(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)部門配置上即可窺其一斑。這種錯(cuò)誤觀念上的原因，造成整個(gè)社會對測試的重視度不夠，從而造成測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，這是中國測量儀器發(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，對測試的重視度以及對儀器本身的研究也明顯不夠。 </p>

16、<p>　　2.面向應(yīng)用和現(xiàn)代市場營銷模式還沒有真正建立起來。本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的營銷模式在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)年代里發(fā)揮過很大作用，但無法滿足目前整體解方案流行年代的需求。所以，為了快速縮小與國外先進(jìn)公司之間的差距，國內(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)的過渡。特別是隨著國內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動(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，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>　　近年來我國測量儀器的可靠性和穩(wěn)定性問題得到了很多方面的重視，狀況有了很大改觀。測試儀器行業(yè)目前已經(jīng)越過低谷階段，重新回到了快速發(fā)展的軌道，尤其最近幾年，中國本土儀器取得了長足的進(jìn)步，特別是通用電子測量設(shè)備研發(fā)方面，與國外先進(jìn)產(chǎn)品的差距正在快速縮小，對國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，為中國的測試測量儀

19、器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(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。從中國電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒中可以看出，中國的測試測量儀器每年都以超過30%以上的速度在快速增長。在此快速增長的過程中，無疑催生出了許多測試行業(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)測量電阻，電容，電感的振蕩電路。</p>&

21、lt;p>　　(4)設(shè)計(jì)測量LED動(dòng)態(tài)顯示電路。</p><p>　　(5)設(shè)計(jì)測量頻率程序，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)制作好測試儀電路板。</p><p>　　(9)安裝和

22、調(diào)試，并進(jìn)行實(shí)際測試，記錄測試數(shù)據(jù)和結(jié)果。</p><p>　　(10)撰寫項(xiàng)目論文。</p><p>　　電阻、電容、電感測試儀設(shè)計(jì)方案比較</p><p>　　電阻、電容、電感測試儀的設(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)合等等來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對各種方案進(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對硬件進(jìn)行控制，但是用PLC實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對昂貴，因而成本過高。 </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硬件電路描述語言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設(shè)計(jì)，利用MAXPLUSII集成開發(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、電感測試儀更為簡便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以ARM為核心來進(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為核心來實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測試儀的控制。系統(tǒng)分四大部分：測量電路、控制電路、捕獲頻率和顯示電路。通過P0.11口捕獲，取得相應(yīng)的振蕩頻率，然后根據(jù)所測頻率判斷是否轉(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為電容測試電路，LED2為電阻測試電路，LED3為電感測試電路。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，采用共陽極方式連接構(gòu)成動(dòng)態(tài)顯示部分，降低功耗。鍵盤：本設(shè)計(jì)中有KEY1，KEY2，KEY3三

29、個(gè)按鍵，可靈活控制不同測量參數(shù)的切換，實(shí)現(xiàn)一鍵測量。</p><p>　　2)通道選擇：本設(shè)計(jì)通過ARM控制的定時(shí)器1來捕獲被測頻率的自動(dòng)選擇。</p><p>　　3)測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測電阻和被測電容頻率化。西勒振蕩電路是利用西勒振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測電感參數(shù)頻率化。通過ARM強(qiáng)大的運(yùn)算功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。</p><p><b&g

30、t;　　555定時(shí)器簡介</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)信號加在A1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；低電平觸發(fā)信號加在A2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?；綬--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)上述過程。&

36、lt;/p><p>　　通過上述分析可知，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。多諧振蕩器無外部信號輸入，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>　　對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，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，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測電阻的大小。</p><p>　　圖 三4電阻

40、測試電路仿真圖</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>　　電容測試電路</b></p><p>　　電容的測量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測電容的大小。</p><p>　　圖 三5電容測試

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>　　我們設(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>　　測量電感的電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電感的測量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路，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電感測試電路</p><p>　　電阻、電容、電感測試儀的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　KEY1 C測量程序的選擇</p><p>　　KEY2 R測量程序的選擇</p><p>　　KEY3 L測量程序的選擇</p><p>&

46、lt;b>　　主程序流程圖</b></p><p>　　在電阻、電容、電感測試儀的設(shè)計(jì)中，便于直觀性，在數(shù)碼管上顯示被測參數(shù)的選擇，被測參數(shù)各個(gè)燈的選擇以及具體設(shè)置。通過三個(gè)按鍵KEY1，KEY2，來進(jìn)行靈活控制，具體操作如下：</p><p>　　首先插入被測元件，用ARM運(yùn)行測試儀程，序然后進(jìn)行按鍵選擇，選擇被測參數(shù)類別，之后單片機(jī)根據(jù)按鍵類別啟動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)測試程序，

47、測試完畢后將結(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，測試被測電容的值；</p><p>　　當(dāng)按下KEY2時(shí)，LED2

48、亮，測試被測電阻的值；</p><p>　　當(dāng)按下KEY3時(shí)，LED3亮，測試被測電感的值；</p><p>　　RLC測試儀的軟件流程圖</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，對外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測量，再通過對測量數(shù)據(jù)的校正來完成。</p><p&g

49、t;　　單片機(jī)對頻率測量的原理如下圖所示。</p><p><b>　　測頻率原理圖示</b></p><p>　　說明：圖示中t1時(shí)刻檢測到上升沿進(jìn)入捕獲中斷，變量T1Flag開始累加，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)的硬件部分通過調(diào)試，在調(diào)試中遇到很多問題，由于電路全為萬用板焊成，所以電路不如印刷板的穩(wěn)定性好，經(jīng)過調(diào)試后，誤差均小于5%，達(dá)到本測試的要求。</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）被測電阻的調(diào)試，按下KEY2鍵

51、后，數(shù)碼管顯示被測電阻100K的阻值，測試儀電阻的單位為1歐姆，電阻顯示的結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　3）被測電容的調(diào)試，按下KEY1鍵后，數(shù)碼管顯示被測電容100uF的示值，</p><p>　　測試儀電容的單位為1nF，電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示：</p><p>　　4）被測電感的調(diào)試，按下KEY3鍵后，數(shù)碼管顯示被測電感200uH的示值，</

52、p><p>　　測試儀電感的單位為1uH，電容調(diào)試后的結(jié)果如下圖所示：</p><p><b>　　測試儀測試值分析：</b></p><p>　　測試原理：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以PLC-2103的ARM板為核心的電阻、電容、電感測試儀，將電阻、電容、電感，使用對應(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，在通過頻率計(jì)算出被測參數(shù)。以CodeWarrior for ARM Developer Suite為仿真平臺，使用C語言編寫了測試程序，包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊、電容測試模塊和電感測試模塊。</p><p>　　測試方法：在測試時(shí)將被測參數(shù)通過本系統(tǒng)測量出來的示值與參數(shù)的標(biāo)稱值進(jìn)行

54、對比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的測試精度。</p><p>　　測試儀器：示波器，萬用表，穩(wěn)壓電源，計(jì)算機(jī)。</p><p>　　（4）測試結(jié)果：通過按鍵，實(shí)現(xiàn)其按鍵所對應(yīng)的功能，并觀察測試結(jié)果，對設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行校正和對實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn)，并記錄觀察結(jié)果。</p><p><b>　　測試結(jié)果如下：</b></p><p&g

55、t;　　a）電阻測試數(shù)據(jù)如下圖所示：</p><p>　　b）電容測試數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　c）電感測試數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　誤差分析：在實(shí)際測量中，由于測試環(huán)境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導(dǎo)致測量結(jié)果或多或少地偏離被測量的真值。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減小本測試儀的測量誤差。所謂修正的方法就是在測量

56、前或測量過程中，求取某類系統(tǒng)誤差的修正值。在測量的數(shù)據(jù)處理過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途徑是通過理論推導(dǎo)求??；第三種途徑是通過實(shí)驗(yàn)求取。</p><p>　　本測試修正值選取主要通過實(shí)驗(yàn)求取，對影響測量讀數(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。通過對相同被測參數(shù)的多次測量結(jié)果和不同被測參數(shù)的多次測量選取平均值，最后確定被測參數(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)生的被測參數(shù)對應(yīng)的頻率有一定的誤差，所以只能通過多次實(shí)驗(yàn)測量，選取合適的修正值來盡可能的減少本測試系統(tǒng)的誤差。</p><p>　　由于捕獲頻率近似等于諧振頻率，使得測量本身存在誤差，制作電路板的過程中，存在一些干擾電阻，電阻和電容靠得太近，會影響電感產(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)測量儀》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電阻測試電路原理圖</p><p>　　圖 03

60、電阻測試PCB圖</p><p>　　圖 04電感測試電路產(chǎn)生的波形</p><p>　　圖 05電感測試電路的原理圖</p><p>　　圖 06電感測試電路的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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無&

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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value:

96、 無</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</p><p>　　** output parameters

100、: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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&

109、lt;/p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無</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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Returned value: 無&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</p><p>　　** output parameters: 無</p><p>　　** Return