簡(jiǎn)易LCR測(cè)量?jī)x

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1、2015大連理工大學(xué)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽暨全國電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽選拔賽簡(jiǎn)易LCR測(cè)量?jī)x（D題）2015年6月5日摘要本設(shè)計(jì)中把R、L、C轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩電路和LC電容三點(diǎn)式振蕩電路，單片機(jī)根據(jù)所選通道，取得振蕩頻率，作為單片機(jī)的時(shí)鐘源，通過測(cè)頻法則可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。然后根據(jù)所測(cè)頻率判斷是否切換單位，或者是把數(shù)據(jù)處理后，把R、L、C的值送液晶屏，并顯示相應(yīng)的參數(shù)值。目錄1系統(tǒng)方案11.1測(cè)量方案的論證與選擇11.2LCR切換模塊的論證與選擇11.3控制系統(tǒng)的論證

2、與選擇22系統(tǒng)理論分析與計(jì)算42.1LCR值轉(zhuǎn)頻率的電路分析12.1.1RC值轉(zhuǎn)頻率的電路12.1.2L值轉(zhuǎn)頻率的電路12.2LCR值轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算12.2.1電阻轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式12.2.2電容轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式12.2.3電感轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式13電路與程序設(shè)計(jì)23.1電路的設(shè)計(jì)23.1.1系統(tǒng)總體框圖23.1.2R值轉(zhuǎn)頻率電路原理圖23.1.3C值轉(zhuǎn)頻率電路原理圖23.1.4L值轉(zhuǎn)頻率電路原理圖23.1.5電源23.2程序的設(shè)計(jì)23.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路23.2.2程序流程圖34測(cè)試方案與測(cè)試

3、結(jié)果34.1測(cè)試方案34.2測(cè)試條件與儀器34.3測(cè)試結(jié)果及分析34.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù))34.3.2測(cè)試分析與結(jié)論4附錄1：電路原理圖5附錄2：源程序6簡(jiǎn)易LCR測(cè)量?jī)x（D題）【三只牛犢組】1系統(tǒng)方案本系統(tǒng)主要由電子元件集中參數(shù)R、L、C轉(zhuǎn)頻率模塊、主控模塊、R,L,C切換模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。1.1測(cè)量方案的論證與選擇方案一：電橋法電阻R可用直流電橋測(cè)量，電感L、電容C可用交流電橋測(cè)量。電橋的平衡條件為通過調(diào)節(jié)阻抗、使電橋平衡，這時(shí)電表讀數(shù)為零。根據(jù)平衡條件以及一些已

4、知的電路參數(shù)就可以求出被測(cè)參數(shù)。用這種測(cè)量方法，參數(shù)的值還可以通過聯(lián)立方程求解，調(diào)節(jié)電阻值一般只能手動(dòng)，電橋的平衡判別亦難用簡(jiǎn)單電路實(shí)現(xiàn)。這樣，電橋法不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。方案二：伏安法伏安法有固定軸法和自由軸法兩種，區(qū)別在于相敏檢波器的相位參考基準(zhǔn)選取的不同。實(shí)際上，相敏檢波的相位參考基準(zhǔn)代表坐標(biāo)軸的方向，相敏檢波器的輸出就是待測(cè)電壓在坐標(biāo)軸方向上的投影。但此方案需要信號(hào)源，由于信號(hào)源的制作較為繁瑣，不夠簡(jiǎn)潔。方案三：諧振法利用555的多諧震蕩電路及電容三點(diǎn)式震蕩電路將電子元件的集中參數(shù)R、L、C轉(zhuǎn)換成

5、頻率信號(hào)f,然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后在運(yùn)算求出R、L、C的值，并送顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC振蕩和LC三點(diǎn)式振蕩。其實(shí)，這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量進(jìn)擬地轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)字化處理一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指針讀數(shù)引起的誤差。綜合以上三種方案，我們組最后決定使用方案三。1.2R,L,C切換模塊的論證與選擇方案一：4路模擬開關(guān)CD4066CD4066芯片（全稱：四路模擬開關(guān)集成電路）內(nèi)部含有A、B、C、D四路模擬開關(guān)，A路模擬開關(guān)由引腳13控制、B路模擬開關(guān)由引

6、腳5控制、C路模擬開關(guān)由引腳6控制、D路模擬開關(guān)由引腳12控制。所有的控制引腳由軟件編程控制，當(dāng)控制線由軟件置“1”時(shí)，該模擬開關(guān)閉合，當(dāng)控制線由軟件置“0”時(shí)，該模擬開關(guān)斷開，且四路模擬開關(guān)可獨(dú)立使用。但由于其斷開時(shí)不能完全斷開而只是阻抗很大，因此在進(jìn)行RLC切換時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾問題。21下圖為CD4066的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：方案二：電磁繼電器電磁繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流

7、、較高的電壓的一種“自動(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。其開關(guān)的閉合與打開符合條件，不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾問題。綜合以上兩種方案，我們組最后決定使用方案二。1.3控制系統(tǒng)的論證與選擇方案一：STM32STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARMCortex-M內(nèi)核但其編程較為復(fù)雜，價(jià)格也不占優(yōu)勢(shì)。方案二：STC89C52·8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM)(52為8K)·128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)（52有256bytes的RA

8、M）·32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令21·21個(gè)專用寄存器·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）·一個(gè)全雙工串行通信口·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝·單一+5V電源供電CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：