电赛报告

目录

一、题目分析与方案论证..................................................................... 错误！未定义书签。

1. 题目分析......................................................................................... 错误！未定义书签。

2. 方案论证......................................................................................... 错误！未定义书签。

3. 测量部分............................................................................................................................

4. 单片机部分.................................................................................................

5. 系统电路图.......................................................................................................................

二、模块电路设计与参数计算 (3)

1. I/V变换模块电路电路分析.......................................................................................

2. 电阻计算......................................................................................... 错误！未定义书签。

3. spwm (5)

4. 幅度测量 (6)

5. 电源设计......................................................................................... 错误！未定义书签。

三、软件设计......................................................................................... 错误！未定义书签。

摘要：

本简易LCR测量系统以MSP430G2553最小系统为控制核心，由信号产生、数据采集、存储处理、显示等功能模块组成。其中，信号产生由DDS技术实现，信号测量用软件算法完成。并制作了二阶有源低通滤波器和四阶有源低通滤波器作为信号产生网络，用I/V变换作为被测网络，可实现自动识别和显示。

一题目分析与方案论证

1.题目分析

任务：

设计并制作一个简易电阻、电容、电感测量系统，能够测量并显示电阻、电容、电感的值。

系统功能及指标：

（1）正弦波发生器：产生一个频率1kHz、10kHz、100kHz的正弦波，峰峰值为3.3V，频率和幅度误差不大于5%，输出阻抗低于10Ω，无明显失真；

（2）测量范围：电阻100Ω～1MΩ，电容100pF～10000pF，电感100μH～10mH，电容和电感误差不大于10%，电阻误差不大于5%，测量值以数字方式显示；

（3）测试一个元件的时间不超过2s（从接入元件开始测量计算）。

2.方案论证

1.电源供电部分

系统只提供3V电源，所以采用LT1302芯片得到+5V，采用LT1617芯片得到-5V，单片机采用3V直接供电。

2.正弦波发生器

采用DDS方法产生激励电压信号。DDS具有频率分辨率高、频率精确度高、相对带宽宽的优点，因此本设计采用此方案。采用单片机产生一路方波，频率可变（1kHz、10kHz、100kHz），经过模拟开关CD4051，分别输入到三个有源低通滤波器，得到所需的正弦波。

3.测量部分

测量部分采用下面的电路

可得：

|Uo|=|Ui|×Rf/|Zx|

对于Zx=R

|Uo|=|Ui|×Rf/R

对于Zx=1/jωC

|Uo|=|Ui|×RfωC

对于Zx=jωL

|Uo|=|Ui|×Rf/ωL

因此只要知道|Uo|，就可求出待测量。

4.单片机部分

单片机要完成的功能主要有：输出PWM波，选择模拟开关通道以切换量程，AD采样并计算待测量，将结果输出到显示屏以及通过PWM输出来控制LCD显示屏的亮度。

5.系统电路图

二模块电路设计与参数计算

1. I/V变换模块电路电路分析

1.当信号进来时，先过了两个跟随器。第一个跟随器是用tlc2262做的，因为2262的输出电压最接近vcc，第二个跟随器是用NE5532做的，因为2262的输出电流能力不够，而5532的电流输出能力最强（注：在现有的运放中），这样不会使得后面的程控增益模块当待测区和反馈区电阻较小时出现限幅的情况。

2.程控增益是用NE5532做的，因为tlc2262和tlc082的带宽不够，而我们是

用100KHZ正弦波作为输入源。程控增益的反馈端是用CD4051来控制通道的切换，又因为4051在VCC为5V的情况下，导通电阻大概在175欧左右，而我们的最小档位反馈电阻为100欧，所以在4051与运放的负端之间加了一个继电器，继电器一短连着4051，另一端连着100欧的电阻。

3.我们总共用了6个档位，第一档反馈电阻为100欧，第二档位为620欧，第三档为

4.2K欧，第四档为26.6K欧，第五档为68.6K欧，第六档为623K欧，第二档放大倍数为0.25—1.7倍，其它档位为0.25—1.6倍，这样理论上可以完成要求。

4.我们的电容和电感用前三个档位就可以完成，但是当待测区放入电容时NE5532会自激，所以要在反馈端加电容来消除自激，刚开始时我在前三个档位的电阻上并联了一个102电容（只有102的效果是最好的），但波形不是那么漂亮，之后改进了电路，如电路图所示，在运放的负端和输出端用继电器链接一个101的电容用单片机来控制继电器的通断，因为101电容并到大电阻上会产生较大的影响，就无法完成测试要求，所以只在用到前三档位是让继电器导通来消除自激，而且波形特别漂亮。

5.当100khz信号加到输入端，当反馈端电阻比较小是还没什么影响，但我们最大档位的反馈电阻为623K欧，当在这个档位时如果待测区没加任何东西，理论上输出为0，但实际上输出为一峰峰值400mv与输入同频反相的正弦波，这影响了放大倍数，但如果输入信号换为10K的正弦波，则一切正常。这是由于把待测区当成一个电容计算进去了，由于我们高档为只用来测试电阻，所以如果判断出待测原件为电阻，则把输入信号频率由100K换成10K，根据输出计算其阻值。

6.程控增益之后是精密峰值检波，在进入峰值检波之前要先进行隔直，因为虽然在程控增益之前进行了隔直，但芯片存在零漂，故要重新隔直。而且要在隔直电路之前加一跟随器，防止隔直电路的电容影响程控增益电路。

2. 电阻计算

1.选择合适的电阻Rf，确定各待测量的量程。

对于待测电阻R，分4档量程：

100Ω-1kΩ：Rf=200Ω；1kΩ-10kΩ：Rf=2kΩ；

10kΩ-100kΩ：Rf=20kΩ；100kΩ-1MΩ：Rf=200kΩ对于待测电容C，分3档量程：

100pF-500pF：Rf=5kΩ；500pF-2nF：Rf=1kΩ；

2nF-10nF：Rf=200Ω

对于待测电感L，分3档量程：

100μH-500μH：Rf=100；500μH-2mH：Rf=500；

2mH-10mH：Rf=2000

Rf共有八种取值：100，200，500，1k，2k，5k，20k，200k。

2.系统的功耗估算