電感、電容、電阻參數測試儀便捷化、小型化的研制

李林倬 車蔚俊 納尊

【摘 要】本設計是以MCS-51單片機為核心，使用對應的振蕩電路轉化為頻率實現電阻，電容，電感三個參數的測量。其中電阻和電容是采用555多諧振蕩電路產生的，而電感則是根據電容三點式產生的，將振蕩頻率送入AT89C52的計數端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出被測參數。本系統的軟件設計是以Keil51為仿真平臺，使用C語言與匯編語言混合編程編寫了系統應用軟件。

【關鍵詞】單片機，555多諧振蕩電路，LED動態顯示模塊，電容三點式振蕩

【中圖分類號】TM53【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0400-02

【基金項目】 本文為《大學生創新創業訓練計劃項目》 項目編號：0205-02010008，指導老師：趙波、郝武幫。

1、設計的背景及意義

目前，常見的高精度L、C、R電橋均采用阻抗—矢量電壓測量L、C、R參數。通常這些儀器都設置了高精度差動放大器、精密鑒相電路、高性能的濾波器、比較器、積分器、高分辨率的雙斜式A/D等一系列功能電路。因正弦信號源直接影響測量精度，所以在正弦電路中均采取了一系列穩頻、穩幅和降低失真的措施[1]。雖然這類儀器的精度較高，但整個儀器結構復雜，對元器件要求高，選配和調試困難，生產成本高，體積較大，需220VAC供電等，使其推廣受到限制。

本設計開發的這測試儀采取阻抗—相角法測量L、C、R參數。這測試儀以MCS—51單片機[2]為核心，采用過零鑒相填充計數法[3]進行測相，由程序控制定時實測正弦信號頻率，從而大大降低了儀器對正弦信號電路的要求，故不必像阻抗—矢量電壓法儀表那樣對正弦發生電路采取專門的穩壓、穩頻措施。儀器采用自行設計的低成本、高精度測相電路和正弦發生電路，并由程序控制定時實測正弦信號頻率，采用多次測量中值濾波等，既保證了儀器的精度，又降低了儀器的生產成本，適應了普通測量的需要。

新型R、L、C測試儀設計的創新點：成本低、體積小、便于攜帶、測試方便、雙電源模式。

2、系統的原理框圖

本設計中，考慮到單片機具有物美價廉、功能強、使用方便靈活、可靠性高等特點，擬采用MCS -51系列的單片機為核心來實現電阻、電容、電感測試儀的控制[4]。系統分四大部分：測量電路、控制電路、通道選擇和顯示電路。通過P1.3和P1.4向模擬開關送兩位地址信號，取得相應的振蕩頻率，然后根據所測頻率判斷是否轉換量程，或者是把數據進行處理后，得出相應的參數值。系統設計框圖如圖2-1如下所示。

框圖各部分說明如下：

1）控制部分：本設計以單片機為核心，采用AT89C52單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統，定時/計數器和LED顯示功能等。LED燈：本設計中，設置了1盞電源指示燈，采用紅色的LED以共陽極方式來連接，直觀易懂，操作也簡單。數碼管顯示：本設計中有1個74HC02、2個74LS573、1個2803驅動和6個數碼管，采用共陽極方式連接構成動態顯示部分，降低功耗。鍵盤：本設計中有Sr，Sc，SL三個按鍵，可靈活控制不同測量參數的切換，實現一鍵測量。

2）通道選擇：本設計通過單片機控制CD4052模擬開關來控制被測頻率的自動選擇。

3）測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實現被測電阻和被測電容頻率化。電容三點式振蕩電路是利用電容三點式振蕩電路實現被測電感參數頻率化。通過51單片機的I/O口自動識別量程切換，實現自動測量。

3、電阻、電容、電感測試儀的系統硬件設計

3.1 MCS—51單片機電路的設計

在本設計中，考慮到單片機構成的應用系統有較大的可靠性，容易構成各種規模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現。另外，本設計還需要利用單片機的定時計數器、中斷系統、串行接口等等，所以，選擇以單片機為核心進行設計具有極大的必要性。在硬件設計中，選用MCS-51系列單片機，其各個I/O口分別接有按鍵、LED燈、七位數碼管等，通過軟件進行控制[5]。

MCS-51單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數據存儲器（RAM）、定時/計數器、并行I/O口、串行口和中斷系統等幾大單元，以及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線。

3.2 測量電阻電路的設計

由于555定時器是一種中規模集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構成多諧、單穩及施密特觸發器[6]。電阻的測量采用“脈沖計數法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。

555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：

參考文獻

[1] 邱關源主編.電路[M].4版.高等教育出版社，2009

[2] 張毅剛.MCS—51單片機應用系統[M].哈爾濱工業大學出版社，1997

[3] 余孟嘗主編，清華大學電子學教研組編.數字電子技術基礎簡明教程[M].3版.高等教育出版社，2010

[4] 楊素行主編，清華大學電子學教研組編.模擬電子技術基礎簡明教程[M].3版.高等教育出版社，2006.5

[5] 李廣弟，住越秀，冷租祁.單片機基礎[M].3版.北京航空航天大學出版社，2007.6