简易电阻电容电感测量

简易的测量电阻电容电感

摘要：本设计是一个电阻电感电容的简易测量装置，主要由模拟测量和1602液晶显示两部分组成，其中电阻和电容电感的测量都是通过构造电路产生一定频率的波形，再通过单片机读取频率，经过程序处理转化，再通过1602液晶显示。由于系统处理数据时通过单片机对频率信号的读取，使得最后测量的结果更加精确与稳定，误差控制在题目所允许的范围内。

关键词：电阻电容电感测量仪，1602显示，555定时器，电容三点式

目录

1. 系统设计 (2)

1.1 设计要求 (2)

1.2 方案比较 (2)

1.2.1 电阻测量方案 (2)

1.2.2 电容测量方案 (4)

1.2.3电感测量方案 (5)

1.2.4显示电路方案 (6)

1.3 方案论证 (6)

1.3.1 总体思路 (6)

1.3.2 设计方案 (7)

2. 单元电路设计 (7)

2.1 电阻测量电路 (7)

2.2 电容测量电路 (8)

2.3 电感测量电路 (9)

2.4 1602显示电路 (10)

3. 软件设计 (11)

4. 系统测试 (11)

4.1 测试仪器与设备 (11)

4.2 指标测试 (12)

5 结论 (13)

参考文献 (13)

附录1、元器件明细表...............................................................= (13)

附录2：程序清单 (13)

1. 系统设计

1.1 设计要求

设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪

1. 测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。

2. 测量精度：±5% 。

3. 带有显示部分。

1.2 方案比较

1.2.1 电阻测量方案

相位测量方案的关键问题是电阻测量方法的选择。

方案一：串联分压原理

V

Rx R0

图1串联电路原理图

根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测量Rx和R0上的电压。由公式Rx=Ux/(U0/R0)

方案二：利用直流电桥平衡原理的方案

图2 电桥（其中R1，R2，为可变电位器，R3为已知电阻，R4为被测电阻）根据电路平衡原理，不断调节电位器，使得电表指针指向正中间。由R1*R4=R3*R4.在通过测量电位器电阻值，可得到R4的值。

方案三：利用555构成单稳态的方案

图3 555定时器构成单稳态

根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电阻阻值。由f=1/ [(R1+2R2)*C*In2]

得到公式：

R2=1/2*[1/ (f*c*Ln2)-R1]

上述三种方案从对测量精度要求而言，方案一的测量精度极差，方案二需要测量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。故本设计选择了方案三。

1.2.2 电容测量方案

方案一：直接通过串联路原理。通过电容换算的容抗跟已知电阻分压，通过测量电压值，再经过公式换算得到电容的值。原理同电阻测量的方案一。

方案二：交流电桥平衡原理（原理图同图2）

通过调节Z1,Z2使电桥平衡。这时电表的毒水为零。通过读取Z1,Z2，Zn的值，即可

得到被测电容的值。

方案三：555构成单稳态原理

根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电容值。由f=1/ [(R1+2R2)*C*In2]

得到公式：Cx=1/ [c*Ln2 (R1+2*R2)]

本设计采用方案三。

1.2.3电感测量方案

方案一交流电桥测量（原理同电容测量）

方案二电容三点式构成正弦波原理

图3 电容三点式

根据电容三点式公式

L

C

C

*

2

1

C2

*

C1

2

1

0f

+

=

π

从而可得电感的计算公式

()

2

1

C2

*

C1

2

1

2

C

C

f

L

+

=

π

方案三谐振法测量

图4 谐振法测量

1.2.4 显示方案

方案一：采用点阵式液晶显示器（LCD）显示。方案二：采用发光二极管（LED）显示。

由于led只能显示简单的数字与简单的特殊字符，基于本设计题目要求，需要显示的测量量多，而且测量的量程范围大，明显led无法方便明了的显示，所以本设计采用的是lcd1602液晶显示，1602具有低功耗节能的作用，而且能够更好的显示出我们所需要的测量显示。

1.3 方案论证

1.3.1 总体思路

本设计是基于单片机A T89S52智能处理，根据单片机的外接按键控制测量电路的选择，通过ne555定时器构成的多谐振荡器和电容反馈式三点式构成的振荡电路长生的一定频率的波。再通过单片机的I/O口对高低电平的捕获读出频率，再通过程序算法处理换算成电阻电容电感的值，然后再通过单片机送给1602液晶显示。

RLC简易测量仪设计的关键问题是：如何完成RLC的测量。

RLC简易测量仪设计的核心问题是：如何产生转化电路输出频率。

1.3.2 设计方案

系统方框图如图5所示。

图5 系统方框总图

2. 单元电路设计