电感、电容、电阻参数测试仪便捷化、小型化的研制

李林倬 车蔚俊 纳尊

【摘 要】本设计是以MCS-51单片机为核心，使用对应的振荡电路转化为频率实现电阻，电容，电感三个参数的测量。其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的，将振荡频率送入AT89C52的计数端，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。本系统的软件设计是以Keil51为仿真平台，使用C语言与汇编语言混合编程编写了系统应用软件。

【关键词】单片机，555多谐振荡电路，LED动态显示模块，电容三点式振荡

【中图分类号】TM53【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0400-02

【基金项目】 本文为《大学生创新创业训练计划项目》 项目编号：0205-02010008，指导老师：赵波、郝武帮。

1、设计的背景及意义

目前，常见的高精度L、C、R电桥均采用阻抗—矢量电压测量L、C、R参数。通常这些仪器都设置了高精度差动放大器、精密鉴相电路、高性能的滤波器、比较器、积分器、高分辨率的双斜式A/D等一系列功能电路。因正弦信号源直接影响测量精度，所以在正弦电路中均采取了一系列稳频、稳幅和降低失真的措施[1]。虽然这类仪器的精度较高，但整个仪器结构复杂，对元器件要求高，选配和调试困难，生产成本高，体积较大，需220VAC供电等，使其推广受到限制。

本设计开发的这测试仪采取阻抗—相角法测量L、C、R参数。这测试仪以MCS—51单片机[2]为核心，采用过零鉴相填充计数法[3]进行测相，由程序控制定时实测正弦信号频率，从而大大降低了仪器对正弦信号电路的要求，故不必像阻抗—矢量电压法仪表那样对正弦发生电路采取专门的稳压、稳频措施。仪器采用自行设计的低成本、高精度测相电路和正弦发生电路，并由程序控制定时实测正弦信号频率，采用多次测量中值滤波等，既保证了仪器的精度，又降低了仪器的生产成本，适应了普通测量的需要。

新型R、L、C测试仪设计的创新点：成本低、体积小、便于携带、测试方便、双电源模式。

2、系统的原理框图

本设计中，考虑到单片机具有物美价廉、功能强、使用方便灵活、可靠性高等特点，拟采用MCS -51系列的单片机为核心来实现电阻、电容、电感测试仪的控制[4]。系统分四大部分：测量电路、控制电路、通道选择和显示电路。通过P1.3和P1.4向模拟开关送两位地址信号，取得相应的振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。系统设计框图如图2-1如下所示。

框图各部分说明如下：

1）控制部分：本设计以单片机为核心，采用AT89C52单片机，利用其管脚的特殊功能以及所具备的中断系统，定时/计数器和LED显示功能等。LED灯：本设计中，设置了1盏电源指示灯，采用红色的LED以共阳极方式来连接，直观易懂，操作也简单。数码管显示：本设计中有1个74HC02、2个74LS573、1个2803驱动和6个数码管，采用共阳极方式连接构成动态显示部分，降低功耗。键盘：本设计中有Sr，Sc，SL三个按键，可灵活控制不同测量参数的切换，实现一键测量。

2）通道选择：本设计通过单片机控制CD4052模拟开关来控制被测频率的自动选择。

3）测量电路：RC震荡电路是利用555振荡电路实现被测电阻和被测电容频率化。电容三点式振荡电路是利用电容三点式振荡电路实现被测电感参数频率化。通过51单片机的I/O口自动识别量程切换，实现自动测量。

3、电阻、电容、电感测试仪的系统硬件设计

3.1 MCS—51单片机电路的设计

在本设计中，考虑到单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。还具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现。另外，本设计还需要利用单片机的定时计数器、中断系统、串行接口等等，所以，选择以单片机为核心进行设计具有极大的必要性。在硬件设计中，选用MCS-51系列单片机，其各个I/O口分别接有按键、LED灯、七位数码管等，通过软件进行控制[5]。

MCS-51单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行I/O口、串行口和中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。

3.2 测量电阻电路的设计

由于555定时器是一种中规模集成电路，只需外接少量R、C元件，就可以构成多谐、单稳及施密特触发器[6]。电阻的测量采用“脉冲计数法”，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。

555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：

参考文献

[1] 邱关源主编.电路[M].4版.高等教育出版社，2009

[2] 张毅刚.MCS—51单片机应用系统[M].哈尔滨工业大学出版社，1997

[3] 余孟尝主编，清华大学电子学教研组编.数字电子技术基础简明教程[M].3版.高等教育出版社，2010

[4] 杨素行主编，清华大学电子学教研组编.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.高等教育出版社，2006.5

[5] 李广弟，住越秀，冷租祁.单片机基础[M].3版.北京航空航天大学出版社，2007.6