虛擬電路參數(shù)測試儀器的實現(xiàn)與應(yīng)用

摘 要：電子電路的測量工具是目前各設(shè)計、測量領(lǐng)域不可或缺的基本工具，測量工具的性能直接決定產(chǎn)品品質(zhì)。隨著對測量技術(shù)和精密儀器需求量的增加，更加智慧的解決方案逐漸出現(xiàn)。虛擬儀器及測量技術(shù)可以實現(xiàn)目前主流的所有參數(shù)的測量，并能夠完整存儲和智能處理采集到的測量值，提高了測量效率。

關(guān)鍵詞：arduino LabVIEW 數(shù)字電壓表 電流表 lrc測量儀

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0112-01

1 測量方法淺析

電路領(lǐng)域主要的RLC參數(shù)的測量方法有電橋法、諧振法、伏安法三種[1]。其中伏安法最好理解，應(yīng)用最廣泛。通過測得的電流和電壓計算出阻抗。本系統(tǒng)中首先是利用這一原理來實現(xiàn)各個參數(shù)的測量，將電子元件的R值，L值，C值分別測量，然后轉(zhuǎn)換成頻率信號，最后用處理器計算出三者的值，并通過終端顯示處理。其原理主要應(yīng)用了振蕩原理。對于模擬量的數(shù)位轉(zhuǎn)換問題就比較好解決了，因為頻率本身就是善于處理這種轉(zhuǎn)換。

2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)分三大部分，及測量電路，通道選擇和控制電路[2]。對于061 A這款芯片根據(jù)選擇通道不同，可以利用開關(guān)量的設(shè)置確定地址信號，然后分別處理。獲得基本的振蕩頻率后再進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.1 電路設(shè)計

2.1.1 電阻測量電路

LM555是使用極為廣泛的一種通用集成電路。其通用性體現(xiàn)在功能通用、效率穩(wěn)定，最小工作電路環(huán)境簡單，所以被廣泛應(yīng)用在許多電子線路中。如果要采用脈沖閥測量電阻，則必須構(gòu)成一定的計數(shù)電路，通過對頻率的測算最終得到電阻的大小。

555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1，

得出：

即：，

電路分為2檔：100≤Rx<1000Ω：IOA5設(shè)置為高電平輸出，IOA7設(shè)為低電平輸出；R2=200Ω；C2=0.22uF；Rx=（6.56*（1e+6））/（2*fx）-330/2，對應(yīng)的頻率范圍為：2.8K≤fx<16K，1000≤Rx<1MΩ：IOA6設(shè)置為高電平輸出，IOA8設(shè)為低電平輸出。R1=20 kΩ；C1=103PF；Rx=（1.443*（1e+8））/（2*fx）-（1e+4）。

2.1.2 電容測試電路

電容的測量同樣采用“脈沖計數(shù)法”，采用脈沖閥測量電容，則必須構(gòu)成一定的計數(shù)電路，通過對頻率的測算最終得到電容的大小[3]。這時首先獎芯片設(shè)計成一套多諧振蕩器，振蕩周期為：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*CX+（ln2）R2*CX，我們設(shè)置R1=R2；

得出：

即：，

電路分為2擋：R1=510K歐姆：IOA10設(shè)置為高電平輸出；R4=R6；Cx= （0.94*（1e+6））/fx；對應(yīng)的頻率范圍為：9.4K≤fx<0.94K，R1=100KΩ姆：IOA9設(shè)置為高電平輸出；R5=R6；Cx=（4.81*（1e+6））/fx；對應(yīng)的頻率范圍為：480ZHz≤fx<4.8 K。

2.1.3 電感測試電路

在測量電感參數(shù)時，采用三點式振蕩電路測量。三點指的是發(fā)射極兩個元件、基極一個元件，三者的電抗元件必須統(tǒng)一協(xié)調(diào)。即發(fā)射極兩個性質(zhì)相同，第三個性質(zhì)不同，構(gòu)成三點式。

2.2 軟件設(shè)計

軟件主要分兩部分，一個在顯示終端，本文中就是計算機平臺，另一個是檢測終端，本文中為ARDIUNO測試電路和指針。在LabVIEW設(shè)計界面中采用視窗操作優(yōu)勢，通過拖拽和設(shè)置可以輕易添加顯示器模板等功能。然后利用各種現(xiàn)成的內(nèi)部應(yīng)用可以實現(xiàn)虛擬儀器的基本界面。

2.2.1 虛擬信號發(fā)生器的實現(xiàn)

在設(shè)計過程中，為了測量方便，首先模擬一個模塊來實現(xiàn)信號發(fā)生器，然后通過這一原始信號，測試系統(tǒng)的應(yīng)用是否成功。其中用到鋸齒波、方波、正弦波等基本波形，通過組成和疊加形成各種信號。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理部分

獲取了基本的檢測參數(shù)后，對于數(shù)值的處理和顯示是本文的核心。通過檢波、計算，考慮波形的有效值、峰值等信息的綜合處理才能得出正確的檢測結(jié)果。文中按照函數(shù)數(shù)值絕對值取得平均值。對于直流電和交流電有不同的處理方式，直流電直接取平均值然后可以進(jìn)行各種計算和顯示；而對于交流電則必須找到峰值利用最小虛擬機和最大虛擬機來取得有效的數(shù)值，最終利用有效值進(jìn)行計算得出結(jié)果。

2.2.3 開關(guān)部分

信號的檢測和功能選擇用C語言實現(xiàn)，主要通過while條件語句實現(xiàn)。也就是當(dāng)一定條件滿足時，電壓表工作；當(dāng)某一個條件出現(xiàn)時電流表開始工作，其余的電阻測量表。同時還包括程序和儀器開始工作和停止工作的設(shè)置。

3 部分主程序代碼

voidloop（）{int V1=analog Read（A0）；//從A0口讀取電壓值，并把它存入剛剛創(chuàng)建的整數(shù)型變量V1中，模擬口的電壓測量范圍為0～5 V，返回的值為范圍為0-1024}

float vol=V1*（5.0/1023.0）；//把V1的值換算為實際電壓值存入浮點型變量vol

if （vol=temp）//來過濾重復(fù)的數(shù)據(jù)，只有本次的電壓值和上次不一時才進(jìn)行輸出

{temp=vol；//比較完成后，把值存入對比用的變量temp}

else{Serial.print（vol）；//串口輸出電壓值，并且不換行

Serial.println（\"V\"）；//串口輸出字符V，并且換行

temp=vol；delay（1000）；//輸出完成后等待1秒鐘時間，用于控制數(shù)據(jù)的刷新速度。}[4]

4 系統(tǒng)測試及整機指標(biāo)

通過對實際值，系統(tǒng)測試值和實際物理表讀數(shù)進(jìn)行對比，確定本系統(tǒng)的測試效果較好。測量精度在±5%以內(nèi)，計算精度較高，且硬件結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。但亦有不足之處，測量精度仍需改善。對于電阻、電壓、電流的測量儀器在測量中會有少量的隨機誤差，這可能是測試信號中的諧波分量等造成，可通過進(jìn)一步優(yōu)化提高系統(tǒng)性能。但這超出本文所述儀器設(shè)備的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]韋琳.圖解電子測量技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[2]黃川，于海濤，王宇浩，等.智能電阻、電容、電感測試儀設(shè)計[J].科技資訊， 2009（8）：119-199.

[3]沈曉谷.采用脈沖計數(shù)法以單片機實現(xiàn)電容的測量[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，6（4）：290-293.

[4][美]K，N，King.C語言程序設(shè)計：現(xiàn)代方法[M].2版.北京：人民郵電出版社，2010.