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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STC89C52、DDS、自校准电路、分压及R运算电路、频率测量及控制电路、高精度交流/有效值转换电路、ADC、液晶显示电路等构成，采用AD9850产生高精度的正弦波信号,采用电压比例算法推算出电阻、电容值或者电感值。测量电路由八级标准电阻、继电器和NEC5532组成，能自动选择相应的标准电阻挡级及标准信号源的频率，完成量程的自动转换。用单片机控制测量和计算结果,运用自校准电路提高测量精度,采用1602液晶模块实时显示数值。实验测试结果表明,本设计性能稳定,测量精度高，超过设计要求。 关键词: STC89C52,测量，DDS，显示，频率 Keywords: STC89C52, measurement, DDS, dislay, frequency The Design and Manufacture of Resistance Capacitance & Inductance Test Instrument This paper presents a Digital Automatic RCL Meter based on MCU. This system consists of STC89C52, DDS, Self-calibration circuit, Voltage divider and RCL operation circuit, Frequency measurement and control circuit, High Precision AC / RMS conversion circuit, DAC, Decoding control circuit, and LCD display circuit. The high-precision sine wave signal was produced by AD9850, The resistance, capacitance and inductance can be calculated by voltage ratio algorithmThe measurement circuit consists of eight standard resistance, relays and NEC5532. It can automatically select the appropriate level of resistance and frequency of signal source, fulfill the automatic switch of measurement range.The measurement and calculation were controlled by chip microcomputer.The self-calibration circuit was used to improve the measurement accuracy. The real-time values were displayed by 1602 LCD module.The experimental results show that the performance of the system is stable with high accuracy; the capacity of the system is over the design requirements. 前言 电阻、电容、电感精确测量仪是实验室及工程中经常遇到的常用仪器。而目前现有RCL测量仪，测量范围较窄。而且它对于大电容、电感及小电容、电感的测量精度不够高、智能化程度不够好，仪器极其昂贵，限制了普通电子实验人员的使用。随着单片机技术的发展，电阻、电容、电感的测量精度要求越来越高。可以实现仪表测量的自动化，并能进行数据分析处理，以达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。本设计提出了一种利用MCS51系列的STC89C52RC单片机和DDS函数信号发生器来实现自动电阻、电容、电感的测量、Q值等。精度高，范围宽，能显示信号频率、电压、测量时间、并有存储功能，此仪器还可以完成对其它参数的测量。 一 设计内容及要求 1..1 任务 设计并制作数字式电阻、电容、电感、品质因素和损耗系数测量仪。 1.2要求 1 基本要求 （1）测量电阻范围：100W～1MW，测量精度： ； （2）测量电容范围：100pF～10000 pF，测量精度： ； （3）测量电感范围：100mH～10mH，测量精度： ； （4）使用键来设置测量的种类和单位，并显示； （5）自制电源。 2. 发挥部分 （1）进一步扩展量程，并提高测量精度。 ①. 测量电阻范围：10W～10MW，测量精度： ； ②. 测量电容范围：50pF～10mF，测量精度： ； ③. 测量电感范围：50mH～1H，测量精度： ； （2）测量电感的品质因素Q，测量范围：1.0～999.9，测量精度： ； （3）测量电容的损耗系数D，测量范围：0.001～9.999， 测量精度： ； （4）测试频点：100Hz，1kHz，10kHz；（5）其它（如进一步扩展量程和提高精度，自动量程转换等）。 二 方案比较、论证与选择 2.1 电阻、电感、电容测量方案比较、论证与选择 方案一 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，很难实现快速的自动测量。 方案二 谐振法：要求较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度的要求。由于测试频率不固定，测试速度也很难提高。 方案三 伏安法：最经典的方法，它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可得到被测阻 抗的相量。显然，要实现这种方法，仪器必须能进行相量测量及除法运算. 综合考虑，方案（3）综合性能优于其它两中方案，能在稳定的正弦波信号源下较为精确的测出待测元件的电阻、电容和电感的值。所以从测量速度和测量精度双重方面考虑，方案（3）满足测量准确度要求，且电路原理简单，连线方便，成本很低。故本设计电阻、电容和电感测量网络采用方案（3）。 2.2 信号发生器方案比较、论证与选择 (1)石英晶体振荡电路：频率计振幅稳定性较好，比较适合作为波形发生器。但波形发生频率由晶振频率决定，频率不便于调节。本设计要求信号连续可调，故不能达到要求。 (2)传统的直接频率合成技术(DS)：该类方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致其结构复杂、体积庞大、成本昂贵,而且容易产生过多杂散分量。 (3)锁相环式频率合成器(PLL)：该类技术具有良好窄带跟踪特性,可选择所需频率信号,抑制杂散分量,且省去大量滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节,锁定时间较长,因而频率转换时间较长,且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相位等) 都难以定量控制。 (4)直接数字式频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer)：该类方法具有高频率稳定度，可达2的n次方个频点(N为相位累加器位数)、高频率分辨率、频率纯度高以及极短的频率转换时间（可达us量级）、输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用。此外,全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控,体积小、重量轻，能够实现任意波形。 综合考虑，方案（4）各项性能和指标都优于其他几种方案，能使输出频率有较好的稳定性，能够达到的频点最多，幅值稳定性好，抗噪声效果好，控制方便。充分体现了模块化设计的要求，而且这些芯片及器件均为通用器件，在市场上较常见，虽价格也稍比其它信号发生器贵些，但本设计中是用正弦交流信号测量电阻、电容和电感。对其精度有较高的要求，且其测量范围大。所以，考虑到要求样品制作成功的可能性比较大，所以本设计正弦信号发生器采用方案（4）。 后面内容，想要的回帖
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· 2012-9-6 18:42:53
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