基于C8051的谐振法测电容电感

基于C8051的谐振法测电容电感

摘要：本系统以C8051F360单片机最小系统为核心，实现电容电感的自动测量与显示的功能。输出信号是由AD9833产生频率范围为1Hz～1MHz可调的正弦波，输出信号通过AD637转换供单片机AD采样读取。通过软件调节输出正弦波的频率，以达到自动测量的功能。同时通过按键达到电容电感测量可切换。电容测量范围为100pF～10000pF，电感的测量范围为100uH～10000uH，测量精度为±10%。

关键词：C8051F360；并联谐振；RMS；DDS

1系统总体设计

利用并联谐振法，基于DDS技术的高性能、高分辨率、高稳定度的信号源，能较好的解决频率稳定性的问题，通过合理的程序编写，能较好的解决测试时间长的问题，完全可以构成高性能RLC测量仪，故采用本方法。系统总体原理框图如图（1）。

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图1 系统总体结构

2硬件电路设计

2.1 DDS信号源

采用AD9833产生正弦波，频率范围为1Hz～1MHz。通过SPI串行接口与单片机相连，通过写28位频率字改变输出频率。当外部参考时钟为25MHz时，输出信号可以达到小于0.1Hz的分辨率。AD9833产生的信号通过两级放大，与电压跟随器，恒压输出到测试接口。

2.2 测试接口

通过两个继电器的开合，使电路处于测电容状态和测电感状态，继电器的控制由单片机的一个I/O口控制。当测量电容时，取2mH标准电感，电容的测量范围为100pF～10000pF，误差<10%。当测量电感时，取313nF标准电容，电感的测量范围为100uH～10000uH，误差<10%。

2.3 AD637（RMS）

AD637属于高准确度的单片真有效值/直流转换器。输入电压有效值0～2V 时，最大非线性误差<0.02%。它能计算任何复杂波形的有效值，并用分贝输出，量程为60dB，频带宽。当输出信号有效值为1V时，其频率上限高达8MHz。

3软件流程设计

程序主要实现电容电感测量的功能，通过按键来判断是测量电容还是电感，通过P2.6通断继电器即可。通过写频率字给AD9833，产生正弦波。从频率为0Hz，步进为10000Hz开始步进，判断电压与前一电压的大小，来确定是否谐振频率落在这一步进范围内，若超出范围，则换成下一步进值，分别为1000Hz、100Hz、10Hz。通过循环操作找到电压最大时的频率值，换算显示。

4测试方法

用示波器观测AD9833信号发生器输出的波形，从实际测得的波形可以看出，实际波形的频率与设置频率是否一致。再测试AD637，给其输入由信号发生器产生的标准正弦波，由AD采集显示，是否与预计的有效值电压一致。最后接入已知电容和待测电感，以及已知电感和待测电容分别进行多次测量，将测量值填入下表，计算相对误差，比较分析。测量数据的相对误差都<10%，满足设计要求。

实际值

5结语

本系统以C8051F360单片机最小系统为核心，外围LC谐振电路、交直流转换电路等，可较精确地测量电容电感，并通过LCD显示。由于Q=R√C/L，为了提高测量精度，应尽量提高Q值。AD的精度也是影响本实验的一个因数，AD 位数越高，测量的精度越高。