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基于单片机控制的便携式智能电路元件测试仪设计

郑毅

【摘要】运用单片机的控制和运算功能,结合电路元件的测量电路,通过编程来扩大

对电阻、电容、电感的测量范围,设计了出自动测量电路元件参数的智能型仪器.

【期刊名称】《广东石油化工学院学报》

【年(卷),期】2011(021)003

【总页数】3页(P35-37)

【关键词】单片机控制;电路元件测试仪;智能;便携

【作者】郑毅

【作者单位】唐山市大恒科技有限公司,河北,唐山,063000

【正文语种】中文

【中图分类】TH867

测量电阻、电容以及电感的方法有很多种,最主要的测量方法是用万用表,万用表对

于电阻值和电压的测量比较方便,但对电容和电感的测量范围则十分有限。此外,对

电阻来说,常用欧姆法测出电流和电压值,再经过计算求出阻值。该测量方法的精度

变化大,若需要较高的精度,必须要较多的量程且电路复杂。因此,本文通过设计一种

测量精度高,变化幅度小,测量范围大,容易实现自动测量的便携式电路元件测试仪的

设计方法,解决普通万用表常遇见的问题。

要设计一台能自动测量且数字显示的简易电阻、电容和电感测试仪,首先设置三个

开关,关合它们其中任一个,代表要测量开关所对应的元件参数。通过开关的的信号

送入测试仪,由测试仪测量相应的量,然后送到显示。将红、黄、绿三个二极管接入

电路,分别代表所进行的R、C、L的测试。当要测试的数据超过默认的量程时,仪器

可通过继电器切换量程,确保测试精度,并使对应二极管发光表示量程的切换。设计

示意图见图1。

诸多测试仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基

于此思路,我们把电子元件的集中参数R、C、L转换成频率信号f,然后用单片机计

数后再运算求出R、C、L的值,并送显示。转换的原理分别是RC振荡和LC三点

式振荡。其实,这种转换就是把模拟量近似地转换为数字量,这种数字化处理一方面

便于使仪表实现智能化,另一方面也避免了由指针读数引起的误差。

此方案以89C51单片机为核心进行整个系统的管理,协调。系统分三大部分,即测量

电路,通道选择和控制电路,如图2所示。电阻、电容和电感利用RC振荡器和LC

振荡器,使其R、C、L值与振荡频率有关。89C51单片机根据所选通道,向模拟开

关送两位地址信号,取得RC振荡器或者LC振荡器振荡频率,然后根据所测频率判断

是否转量程,将数据进行处理后,送数码管显示被测R、C、L值。

方案设计中用到的单片机是AT89C51,由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时

基信号,为多次设计操作提供了平台。利用计时器和计数器的配合,并通过继电器来

实现量程的转换。由于单片机AT89C51的定时器可以通过外部时钟源来计数,因

此可将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为单片机的定时器的时钟源,

这样就很容易得到被测R、C、L对应产生的频率,使得整个测量过程更加智能化。

电阻和电容的测量同样采用“脉冲计数法”,如图3所示。由555电路构成的多谐

振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻或电容的大小。

测量电容的电路跟测量电阻一样。若R1=R2,则f=1/〔3(ln2)RiCx〕量程自动转换

原理:单片机在第一频率的记录中发现频率过小,即通过继电器转换量程。测电容时,

判断所测频率fx是否小于947(相对电容值1000pF),由于定时器定时为50ms,实

际所测频率fx′是真实频率的1/20,所以当fx′小于47时用第一量程,如果不是换为

第二量程再测频率,求出Rx值。具体情况如下:

第一量程(100pF～1000pF):R1=R2=510KΩ,由Cx=1/3In2R1fx得:Cx=(0.94＊

10-6)/fx当实际测得fx′=fx/20时Cx=47000/fx′(单位pF)

第二量程(1000pF～10000pF):R1=R2=10KΩ,由Cx=1/3In2R1fx得:Cx=(4.81

＊10-5)/fx当实际测得fx′=fx/20时Cx=2405000/fx′(单位pF)

误差分析:同Rx的测量,有|△Cx/Cx|=|△f/f|+|△R1/R1|。已知|△f/f|能满足1%以下的

精度,而精密的金属膜电阻,其阻值的|△Rx/Rx|亦能满足1%左右的精度。这样,电容

的测量精度也可以做得比较高。由