简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告

本设计报告详细介绍了基于MSP430F149单片机的简易数字式电阻、电容和电感测量仪。系统采用ICL8038产生正弦波,通过LRC数字电桥、电压比例法进行参数测量,利用12864液晶模块显示结果。设计包括电源、测量电路、整流滤波、AD转换、按键处理和液晶显示等模块,具有高精度和稳定性。

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写在前面:这是这次参加电子设计大赛我写的设计报告,但是我本人现在对硬件不是很熟悉,所以很对原理叙述不是很到位啊,不过整个作品用到知识点和原理都基本说清楚了。

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告

摘要:本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源,并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路,通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压,利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149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,同时用差压法,消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明,本系统性能稳定,测量精度高。

关键词:LRC数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量

目 录

一、设计内容及功能... 1

1.1设计内容... 1

1.2 具体要求... 2

1.3系统功能... 2

二、系统方案设计与选择... 2

三、系统设计... 3

3.1系统总体设计... 3

3.2系统模块设计... 4

四、理论分析与计算... 5

五、系统硬件设计... 5

5.1 电源电路... 5

5.2 LRC测量电路... 6

5.3 整流滤波电路... 6

六、系统软件设计... 8

6.1 控制测量程序模块... 8

6.2 按键处理程序模块... 8

6.3电阻电感电容计算程序... 9

6.4液晶显示程序模块... 10

七、系统测试... 10

7.1 测试原理... 10

7.2 测试方法... 10

7.3 测试仪器... 10

7.4 测试结果... 10

7.5 测试分析... 11

八、系统总结... 12

附件一、本系统的主要程序... 12

一、设计内容及功能

1.1设计内容

设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪,由测量对象、测量仪、LCD显示和自制电源组成,系统模块划分如下图所示:

1.2具体要求

1.测量范围

1)基本测量范围:电阻100Ω~1MΩ;电容100pF10000pF;电感100μH10mH

2)发挥测量范围:电阻10Ω~10MΩ;电容50pF10μF;电感50μH1H

2.测量精度

1)基本测量精度:电阻±5%;电容±10%;电感±5%

2)发挥测量精度:电阻±2%;电容±8%;电感±8%

3.利用128*64液晶显示器,显示测量数值、类型和单位。

4.自制电源

5.使用按键来设置测量的种类和单位

1.3系统功能

1.基本完成以上具体要求

2.使用三个按键分别控制RCL的测试

3.采用液晶显示器显示测量结果

二、系统方案设计与选择

电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现,例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLDEDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较:

方案一.基于模拟电路的测量仪

利用模拟电路,电阻可用比例运算器法和积分运算器法,电容可用恒流法和比较法,电感可用时间常数发和同步分离法等,虽然避免了编程的麻烦,但电路复杂,所用器件较多,灵活性差,测量精度低,现在已较少使用。
方案二.可编程逻辑控制器(PLC)

此方案采用PLC对硬件进行控制,应用较为广泛。它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快,体积小,可靠性和精度都较好,在设计中可采用PLC对硬件进行控制,但是用PLC实现价格相对昂贵,因而成本过高。

方案三.采用CPLDFPGA实现

此方案则采用广泛应用的VHDL硬件电路描述语言,实现电阻,电容,电感测试仪的设计,利用MAXPLUSII集成开发环境进行综合、仿真,并下载到CPLDFPGA可编程逻辑器件中,完成系统的控制作用。但相对而言设计规模大,系统结构复杂。

方案四.利用LRC

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