基于單片機的智能RLC測試儀

孫會楠++丁文飛++邢彥辰

摘 要：文章主要論述了基于AT89S52單片機的智能RLC測試儀的設(shè)計，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路將R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，設(shè)備在對得到的各類參數(shù)值進行處理和分析后，便將其顯示出來了。該測試儀充分利用了單片機的硬件資源，簡潔而高效運行的軟件設(shè)計思想，實現(xiàn)RLC參數(shù)的自動測量和顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊揍、操作方便，且測量精度高、響應(yīng)快、測量范圍寬。

關(guān)鍵詞：單片機 頻率法 RC振蕩電路 LC電容三點式 RLC測試儀

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0071-01

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思想

在此次設(shè)計工作中，我們將R、L、C均轉(zhuǎn)換成了頻率信號f，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，在對數(shù)據(jù)進行分析和處理后，在數(shù)碼管上就可以顯示出相應(yīng)的參數(shù)值，從而實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。

在此項設(shè)計工作中，我們選用的單片機是AT89S52，此類單片機具有豐富的時基信號和I/O口，這樣通過其豐富的I/O口置高低電平就可以實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換了，因為借助于外部的時鐘源就是可以計數(shù)單片機的定時器的，而在選擇其時鐘源時，我們是可以選擇電容三點式振蕩電路或是556電路產(chǎn)生的頻率，同時也得到被測R/C/L的頻率。同時經(jīng)過單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時送到數(shù)碼管進行實時顯示。

1.2 設(shè)計方案

在此設(shè)計方案中，系統(tǒng)主要分為控制電路、測量電路和通道選擇三個部分，當在測量電路中放入被測元件后，在整形電路和振蕩電路中所產(chǎn)生的具有固定頻率的矩形波就會被傳送到單片機中。之后，單片機會根據(jù)相應(yīng)的通道，將兩位地址信號傳送給模擬開關(guān)，同時得到相應(yīng)的振蕩頻率，之后便可以判斷是否需要轉(zhuǎn)換量程了，而在單片機中也可以對數(shù)據(jù)進行分析和處理，同樣也能得到各類參數(shù)值，再送至數(shù)碼管進行實時顯示。測量不同屬性的元件必須事先在電路上按下相應(yīng)的鍵盤，才會轉(zhuǎn)到相應(yīng)的電路。

該設(shè)計的硬件系統(tǒng)由測RX的RC振蕩電路、測CX的RC振蕩電路、測LX的電容三點式振蕩電路和按鍵及數(shù)碼管顯示電路四個部分組成。

1.3 測量電阻的電路模塊

圖1為一個多諧振動電路，其是由556時基電路構(gòu)成的，采用這一電路我們便能夠測出電阻在200 Ω～200 kΩ范圍內(nèi)的量程，首先我們應(yīng)計算出其振蕩的周期，公式

（1）

在此公式中，t1是輸出高電平的時間，t2是輸出低電平的時間，那么

（2）

為了使振蕩頻率保持在10～100 kHz這一段單片機計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇合適的C和R的值。第一個量程選擇R=200 Ω，C=0.22 μF，第二個量程選擇R=200 kΩ，C=1000 pF。

第一個量程中，Rx=200 Ω時

第二個量程中，Rx =200 kΩ時

通常情況下，RC振蕩的穩(wěn)定度都可以達到10-3，那么即使單片機在測定頻率時出現(xiàn)了誤差，其誤差也最多是一個脈沖，因此，在我們采用單片機測定頻率的過程中，其出現(xiàn)誤差的概率是小于1%的。

在此設(shè)計電路中，由于CD4066的內(nèi)阻我們是無法準確的掌握的，因此，我們采用了可調(diào)電位器，在開始測量工作之前，應(yīng)先校準可調(diào)電位器。在其JP2插接口上放上標準的電阻并且不斷的調(diào)節(jié)電位器，那么標稱阻值就會顯示在數(shù)碼管上。之后在進行此類測量工作時，我們就可以直接測量電阻了，借助于P1.0（TR1）、P1.1（TR2）口，并且采取相應(yīng)的軟件編程的方法，對CD4066的改變進行有效的控制，從而實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換（見圖1）。

2 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計

在系統(tǒng)即將開始工作時，應(yīng)先將系統(tǒng)初始化，在LED上應(yīng)顯示為00000000。在系統(tǒng)初始化工作完成后，應(yīng)先判斷是否有按鍵需要按下。舉例來說，在我們測量電阻時，在經(jīng)過RC振蕩電路便會將電阻轉(zhuǎn)換為頻率f，按照測量電阻的公式進行計算，并且采用單片機的軟件編程程序，便可以計算出其電阻值并將其顯示在數(shù)碼管上。當量程不足夠時，為保證測量工作的有序進行，單片機便會自動轉(zhuǎn)換為大量程。

電容、電感以及電阻它們都是在轉(zhuǎn)換完成頻率后，才能夠準確的計算出其值，所以，此次設(shè)計工作的軟件核心就是對周期和頻率的測量工作，并且設(shè)計的精度會受到其精度的影響。通過單片機的計數(shù)和計時功能，便可以準確的計算出相應(yīng)的周期和頻率。

3 結(jié)語

在對此系統(tǒng)的硬件和軟件進行設(shè)計后，我們所制作的為一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀，能夠充分的滿足設(shè)計題目的要求，以比較簡單的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)了單片機對電阻、電容、電感的測量，驗證了將目標參數(shù)轉(zhuǎn)換為頻率參量，并利用單片機內(nèi)部轉(zhuǎn)換將測量值顯示到數(shù)碼管上。本文的研究具有一定的理論和實用價值。

參考文獻

[1] 周寶國.虛擬儀器技術(shù)的RCL測試儀[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2009（4）.endprint

摘 要：文章主要論述了基于AT89S52單片機的智能RLC測試儀的設(shè)計，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路將R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，設(shè)備在對得到的各類參數(shù)值進行處理和分析后，便將其顯示出來了。該測試儀充分利用了單片機的硬件資源，簡潔而高效運行的軟件設(shè)計思想，實現(xiàn)RLC參數(shù)的自動測量和顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊揍、操作方便，且測量精度高、響應(yīng)快、測量范圍寬。

關(guān)鍵詞：單片機 頻率法 RC振蕩電路 LC電容三點式 RLC測試儀

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0071-01

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思想

在此次設(shè)計工作中，我們將R、L、C均轉(zhuǎn)換成了頻率信號f，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，在對數(shù)據(jù)進行分析和處理后，在數(shù)碼管上就可以顯示出相應(yīng)的參數(shù)值，從而實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。

在此項設(shè)計工作中，我們選用的單片機是AT89S52，此類單片機具有豐富的時基信號和I/O口，這樣通過其豐富的I/O口置高低電平就可以實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換了，因為借助于外部的時鐘源就是可以計數(shù)單片機的定時器的，而在選擇其時鐘源時，我們是可以選擇電容三點式振蕩電路或是556電路產(chǎn)生的頻率，同時也得到被測R/C/L的頻率。同時經(jīng)過單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時送到數(shù)碼管進行實時顯示。

1.2 設(shè)計方案

在此設(shè)計方案中，系統(tǒng)主要分為控制電路、測量電路和通道選擇三個部分，當在測量電路中放入被測元件后，在整形電路和振蕩電路中所產(chǎn)生的具有固定頻率的矩形波就會被傳送到單片機中。之后，單片機會根據(jù)相應(yīng)的通道，將兩位地址信號傳送給模擬開關(guān)，同時得到相應(yīng)的振蕩頻率，之后便可以判斷是否需要轉(zhuǎn)換量程了，而在單片機中也可以對數(shù)據(jù)進行分析和處理，同樣也能得到各類參數(shù)值，再送至數(shù)碼管進行實時顯示。測量不同屬性的元件必須事先在電路上按下相應(yīng)的鍵盤，才會轉(zhuǎn)到相應(yīng)的電路。

該設(shè)計的硬件系統(tǒng)由測RX的RC振蕩電路、測CX的RC振蕩電路、測LX的電容三點式振蕩電路和按鍵及數(shù)碼管顯示電路四個部分組成。

1.3 測量電阻的電路模塊

圖1為一個多諧振動電路，其是由556時基電路構(gòu)成的，采用這一電路我們便能夠測出電阻在200 Ω～200 kΩ范圍內(nèi)的量程，首先我們應(yīng)計算出其振蕩的周期，公式

（1）

在此公式中，t1是輸出高電平的時間，t2是輸出低電平的時間，那么

（2）

為了使振蕩頻率保持在10～100 kHz這一段單片機計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇合適的C和R的值。第一個量程選擇R=200 Ω，C=0.22 μF，第二個量程選擇R=200 kΩ，C=1000 pF。

第一個量程中，Rx=200 Ω時

第二個量程中，Rx =200 kΩ時

通常情況下，RC振蕩的穩(wěn)定度都可以達到10-3，那么即使單片機在測定頻率時出現(xiàn)了誤差，其誤差也最多是一個脈沖，因此，在我們采用單片機測定頻率的過程中，其出現(xiàn)誤差的概率是小于1%的。

在此設(shè)計電路中，由于CD4066的內(nèi)阻我們是無法準確的掌握的，因此，我們采用了可調(diào)電位器，在開始測量工作之前，應(yīng)先校準可調(diào)電位器。在其JP2插接口上放上標準的電阻并且不斷的調(diào)節(jié)電位器，那么標稱阻值就會顯示在數(shù)碼管上。之后在進行此類測量工作時，我們就可以直接測量電阻了，借助于P1.0（TR1）、P1.1（TR2）口，并且采取相應(yīng)的軟件編程的方法，對CD4066的改變進行有效的控制，從而實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換（見圖1）。

2 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計

在系統(tǒng)即將開始工作時，應(yīng)先將系統(tǒng)初始化，在LED上應(yīng)顯示為00000000。在系統(tǒng)初始化工作完成后，應(yīng)先判斷是否有按鍵需要按下。舉例來說，在我們測量電阻時，在經(jīng)過RC振蕩電路便會將電阻轉(zhuǎn)換為頻率f，按照測量電阻的公式進行計算，并且采用單片機的軟件編程程序，便可以計算出其電阻值并將其顯示在數(shù)碼管上。當量程不足夠時，為保證測量工作的有序進行，單片機便會自動轉(zhuǎn)換為大量程。

電容、電感以及電阻它們都是在轉(zhuǎn)換完成頻率后，才能夠準確的計算出其值，所以，此次設(shè)計工作的軟件核心就是對周期和頻率的測量工作，并且設(shè)計的精度會受到其精度的影響。通過單片機的計數(shù)和計時功能，便可以準確的計算出相應(yīng)的周期和頻率。

3 結(jié)語

在對此系統(tǒng)的硬件和軟件進行設(shè)計后，我們所制作的為一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀，能夠充分的滿足設(shè)計題目的要求，以比較簡單的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)了單片機對電阻、電容、電感的測量，驗證了將目標參數(shù)轉(zhuǎn)換為頻率參量，并利用單片機內(nèi)部轉(zhuǎn)換將測量值顯示到數(shù)碼管上。本文的研究具有一定的理論和實用價值。

參考文獻

[1] 周寶國.虛擬儀器技術(shù)的RCL測試儀[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2009（4）.endprint

摘 要：文章主要論述了基于AT89S52單片機的智能RLC測試儀的設(shè)計，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路將R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號f，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，設(shè)備在對得到的各類參數(shù)值進行處理和分析后，便將其顯示出來了。該測試儀充分利用了單片機的硬件資源，簡潔而高效運行的軟件設(shè)計思想，實現(xiàn)RLC參數(shù)的自動測量和顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊揍、操作方便，且測量精度高、響應(yīng)快、測量范圍寬。

關(guān)鍵詞：單片機 頻率法 RC振蕩電路 LC電容三點式 RLC測試儀

中圖分類號：TH77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0071-01

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 總體設(shè)計思想

在此次設(shè)計工作中，我們將R、L、C均轉(zhuǎn)換成了頻率信號f，主要原理是用RC振蕩電路和LC電容三點式振蕩電路，被測頻率通過單片機的計數(shù)就能得到，之后便可以算出各類參數(shù)值，在對數(shù)據(jù)進行分析和處理后，在數(shù)碼管上就可以顯示出相應(yīng)的參數(shù)值，從而實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。

在此項設(shè)計工作中，我們選用的單片機是AT89S52，此類單片機具有豐富的時基信號和I/O口，這樣通過其豐富的I/O口置高低電平就可以實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換了，因為借助于外部的時鐘源就是可以計數(shù)單片機的定時器的，而在選擇其時鐘源時，我們是可以選擇電容三點式振蕩電路或是556電路產(chǎn)生的頻率，同時也得到被測R/C/L的頻率。同時經(jīng)過單片機內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時送到數(shù)碼管進行實時顯示。

1.2 設(shè)計方案

在此設(shè)計方案中，系統(tǒng)主要分為控制電路、測量電路和通道選擇三個部分，當在測量電路中放入被測元件后，在整形電路和振蕩電路中所產(chǎn)生的具有固定頻率的矩形波就會被傳送到單片機中。之后，單片機會根據(jù)相應(yīng)的通道，將兩位地址信號傳送給模擬開關(guān)，同時得到相應(yīng)的振蕩頻率，之后便可以判斷是否需要轉(zhuǎn)換量程了，而在單片機中也可以對數(shù)據(jù)進行分析和處理，同樣也能得到各類參數(shù)值，再送至數(shù)碼管進行實時顯示。測量不同屬性的元件必須事先在電路上按下相應(yīng)的鍵盤，才會轉(zhuǎn)到相應(yīng)的電路。

該設(shè)計的硬件系統(tǒng)由測RX的RC振蕩電路、測CX的RC振蕩電路、測LX的電容三點式振蕩電路和按鍵及數(shù)碼管顯示電路四個部分組成。

1.3 測量電阻的電路模塊

圖1為一個多諧振動電路，其是由556時基電路構(gòu)成的，采用這一電路我們便能夠測出電阻在200 Ω～200 kΩ范圍內(nèi)的量程，首先我們應(yīng)計算出其振蕩的周期，公式

（1）

在此公式中，t1是輸出高電平的時間，t2是輸出低電平的時間，那么

（2）

為了使振蕩頻率保持在10～100 kHz這一段單片機計數(shù)的高精度范圍內(nèi)，需選擇合適的C和R的值。第一個量程選擇R=200 Ω，C=0.22 μF，第二個量程選擇R=200 kΩ，C=1000 pF。

第一個量程中，Rx=200 Ω時

第二個量程中，Rx =200 kΩ時

通常情況下，RC振蕩的穩(wěn)定度都可以達到10-3，那么即使單片機在測定頻率時出現(xiàn)了誤差，其誤差也最多是一個脈沖，因此，在我們采用單片機測定頻率的過程中，其出現(xiàn)誤差的概率是小于1%的。

在此設(shè)計電路中，由于CD4066的內(nèi)阻我們是無法準確的掌握的，因此，我們采用了可調(diào)電位器，在開始測量工作之前，應(yīng)先校準可調(diào)電位器。在其JP2插接口上放上標準的電阻并且不斷的調(diào)節(jié)電位器，那么標稱阻值就會顯示在數(shù)碼管上。之后在進行此類測量工作時，我們就可以直接測量電阻了，借助于P1.0（TR1）、P1.1（TR2）口，并且采取相應(yīng)的軟件編程的方法，對CD4066的改變進行有效的控制，從而實現(xiàn)量程的轉(zhuǎn)換（見圖1）。

2 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計

在系統(tǒng)即將開始工作時，應(yīng)先將系統(tǒng)初始化，在LED上應(yīng)顯示為00000000。在系統(tǒng)初始化工作完成后，應(yīng)先判斷是否有按鍵需要按下。舉例來說，在我們測量電阻時，在經(jīng)過RC振蕩電路便會將電阻轉(zhuǎn)換為頻率f，按照測量電阻的公式進行計算，并且采用單片機的軟件編程程序，便可以計算出其電阻值并將其顯示在數(shù)碼管上。當量程不足夠時，為保證測量工作的有序進行，單片機便會自動轉(zhuǎn)換為大量程。

電容、電感以及電阻它們都是在轉(zhuǎn)換完成頻率后，才能夠準確的計算出其值，所以，此次設(shè)計工作的軟件核心就是對周期和頻率的測量工作，并且設(shè)計的精度會受到其精度的影響。通過單片機的計數(shù)和計時功能，便可以準確的計算出相應(yīng)的周期和頻率。

3 結(jié)語

在對此系統(tǒng)的硬件和軟件進行設(shè)計后，我們所制作的為一臺數(shù)字顯示的電阻器、電容器和電感器參數(shù)測試儀，能夠充分的滿足設(shè)計題目的要求，以比較簡單的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)了單片機對電阻、電容、電感的測量，驗證了將目標參數(shù)轉(zhuǎn)換為頻率參量，并利用單片機內(nèi)部轉(zhuǎn)換將測量值顯示到數(shù)碼管上。本文的研究具有一定的理論和實用價值。

參考文獻

[1] 周寶國.虛擬儀器技術(shù)的RCL測試儀[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2009（4）.endprint