电阻电容电感测试仪

电阻电容电感测试仪的设计与制作

天河学院：沈小波黄孔符亨江

摘要

本文设计了一种基于单片机的数字式RCL自动测量仪，该系统由AT89S52最小系统电路、电源电路、测量电阻电路、测量电容电路、测量电感电路、键盘按钮电路、LCD显示电路、模拟开关电路等构成。本设计是利用AT89S52芯片的单片机实现测试的，其中电阻和电容的测量是利用555多谐振荡电路，而电感的测量根据电容三点式，用12864模块进行实时显示。这样，一方面测量精度较高，另一方面便于使仪表实现智能化。

关键词：RCL，AT89S52，555多谐振荡电路

一、方案论证与比较选择

1.1电阻、电容和电感测量方案的比较与选择

（1）电桥法：电桥法具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。

但电桥法测量需要反复进行平衡调节，测量时间长，很难实现实

时快速的自动测量。

（2）谐振法：谐振法是测量阻抗的另外一种基本方法，是一种利用谐振回路的谐振特性而建立的测量方法，只需输出频率f，就能程序计算出

所需测量的值。

综上所述：谐振法测量精度虽说不如交流电桥法高，但是由于测量线路简单方便，在技术的困难要比电桥法小，再加上高频电路元件大多用于调谐

回路中，故用谐振法测量也比较符合其工作的实际情况。

1.2显示模块方案的比较与选择

（1）LED点阵显示：LED点阵显示虽然能显示字符与数字，但显示效果不好，且不易编程

（2）LCD液晶显示：LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，且易于编程。

综上所述：根据题目要求，选择LCD液晶显示效果更佳，更符合题目要求。

二、系统设计与理论分析

2.1 总体设计思想

电阻、电容、电感是利用RC振荡器和LC振荡器，使其RCL值与震荡频率相关，AT89S52单片机根据所选通道，向模拟开关传送两位地址信号，取得RC震荡器或者LC振荡器振荡频率，将数据进行处理后，传送到数码管显示相应的被测R、C、L的值。

系统框图如下：

图1系统框图

2.2各模块具体实现原理分析和说明

1）测量电阻：

电阻的测量采用"脉冲计数法"，如下图所示由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的大小。

该电路可以测出量程在100Ω～2MΩ的电阻。该电路的振荡周期为：

12(2)()(2)(2)(2)

x x x

T t t In R R C In R C In R R C =+=++=+

其中1t

为输出高电平的时间，2t 为输出低电平的时间。

图2 测电阻多谐振荡电路

为了使振荡频率保持在10~100KHz 这一段单片机计数的高精度范围内，需选择合适的C 和R 的值。取120,2200R K C pf =Ω=，得到

)2()2(ln 1

X R R C f +=

，

我们将电路分为两档：

1．100Ω≤Rx ≤1000Ω：I/O2为高电平输出，I/O4为低电平输出，R1=20K

Ω,C2=2200pf.此时 (6.56(16))/(2*)330/2Rx e fx =+-,相应的电阻范围在2.8K-16K

2．1000Ω≤Rx ≤1M Ω:I/O1高电平输出，I/O3为低电平输出，R2=330

Ω,C2=0.01uf.此时(1.443(18))/(2*)(14)Rx e fx e =+-+

2）测量电容：

电容的测量同样采用"脉冲计数法"，如下图所示由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容的大小。

图3 测电容多谐振电路

555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：测量电容的振荡电路与测量电

阻的振荡电路完全一样。取R11=R12=91K ，则

1

3(ln 2)X f RC =

，其分析过程如测

量电阻的方法一样。最后测得电容的范围为10Pf —10uF 可以满足精度要求。 3） 测量电感：

电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的，如图所示。

图4 电容三点式振荡

振荡公式：2f LC

π=

4545

C C C C C =+

则电感的感抗为：221

4L f C

π=

在测量电感的时候，当单片机采用晶振6MHz,最快只能计算几百KHz 的频率，于是我们把测电感的电容三点式电路得出的频率经过MC12023A\B 对该频率进行16分频满足单片机计数要求。

4）液晶显示电路

LCD12864液晶屏有串行和并行两种工作方式，并行占用的I/O口较多（8个数据端口和3个控制端口），而串行只需要两个I/O口（1个时钟端口，1个数据端口）。考虑到AT89S52单片机的I/O口只有32个，为了节省I/O口，我们采用串行方式显示，LCD12864串行工作方式的端口连接图如图5所示，SID为串行数据端口，SCLK为串行时钟端口。

图5 LCD12864串行工作方式端口连接图

2.3 系统软件设计框图

系统软件框图

三、测试方法与结果

3.1电阻测试

表2 电容测量分析表

3.3电感测试

四、测试分析

五、总结

六、参考文献

（注：本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。请预览后才下载，期待您的好评与关注！）