基于单片机的电阻、电感、电容测量系统.doc

第一章 绪论 科学技术的飞速发展，特别是信息技术、精密工程的发展，催生了众多的新工艺、新材料、新产品，给人们的生产生活带来了日新月异的变化，然而所有这些新工艺、新材料、新产品都离不开测试测量技术和精密仪器，测试测量技术是这些产品质量的重要保证，而计量是为测试测量提供标准，精密仪器是其必不可少的工具。随着被测试系统、产品的发展水平日趋提高——速度越来越快、体积越来越小、应用覆盖范围越来越广，人们对测试测量技术及精密仪器的要求也越来越高，促使测试测量技术和测量仪器不断出现新理论、新技术和新方法。而电阻、电容、电感是电子线路中必定使用的零部件。在进行电子线路的设计的基础上，准确地测量这些零部件的值是极其重要的。测量这些零部件的值，一般使用LCR测试仪。LCR自动测量仪。这种测量仪是以微处理器为基础的智能仪器，可以自动测量无源元件的各项基本参数。RLC参数自动测式仪不仅能自动判断元件的性质，而且能将符号图形显示出来，并显示出其值，还能测量Q、D、Z、Lp、Ls、Kp、Ks等参数，且显示出等效电路图形。这类自动测试系统具有极强的通用性和多功能性，对于不同的测试任务，只需增减或更换挂在它上面的仪器设备，编制相应的测试软件，而系统本身不变。这种自动测试系统特别适合于要求测试时间短而数据处理量极大的测试任务中，以及测试现场对操作人员有害或操作人员参与会产生人为误差的测试场合。因其具有很多传统仪器所不具备的优点，故RLC自动测试仪现在应用越来越广泛。 第二章 方案设计与论证 RLC参数的测量方法主要有电桥法.谐振法.伏安法三种。 电桥法具有较高的测量精确度，因而被广泛采用，而且电桥已派生出许多类型。但是电桥法测量需要反复进行平衡调节，测量时间长，因而很难实现快速的自动测量。 谐振法要求有较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度测量的要求。由于测试频率不固定，测试速度也很难提高。 伏安法是最经典的方法，它的测量原理直接来自于阻抗的定义，即若已知流经被测阻抗的矢量电流并测得被测阻抗两端的电压，则通过比较频率便可得到被测阻抗的矢量。显然，要实现这种方法，仪器必须能进行矢量的测量及除法运算，因而，只有运用近现代电路技术，特别是计算机技术才能是这一经典方法得到发展。但是其结构复杂，且计算量很大，需借助于计算机，因此不易实现。 在本系统中我们要介绍的是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理一方面便于使仪表实现智能化。方案中用到的单片机凌阳16位单片机SPCE061A，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机SPCE061A的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为SPCE061A的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C/L对应产生的频率。而且SPCE061A具有语音处理功能，我们在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。SPCE061A是继m’nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。SPCE061A的开发是通过在线调试器PROBE实现的。它既是一编程器，又是一个实时在线调试器。PROBE工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，其5芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A相应管脚，直接在目标电路板上的CPU---SPCE061A调试、运行用户编制的程序。PROBE的另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。图是计算机、PROBE、用户目标板三者之间的 图3.1 用户目标板、PROBE、计算机三者之间的连接图 (3) “61”开发板简要介绍 图3.2 “61” 开发板内部结构框图 表3-1 61 开发板各管脚功能 POWER 5V或3V供电电路 PLL 锁相环外部电路 Power-电源指示灯 Sleep-睡眠指示灯 RESET 复位电路 K4 复位按键 PROBE 在线调试器串行5pin接口 DAC 一路音频输出电路，采用SPY0030集成音频放大器 MIC 麦克风输入电路 OSC 32768晶振电路 VREF A/D转换外部参考电压输入借口 R/C 芯片及其他外围电阻.电容电路 K1.K2.K3 扩展的按键：接IOA0～IOA2 SPCE061A 61板核心：16位处理器 PORTA 32个I/O口 (4) 语音采集的硬件电路 语音采集的硬件电路,MIC