数字式r、l、c测量仪的设计毕业设计(编辑修改稿)

数字式r、l、c测量仪的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

1 即可求出电感量： fRLx  2ln2 1 图 电感测量波形 鉴于题目要求测量电感的范围，由理论分析可知电路的输出频率很高，必须对输出信号做分频，单片机才能处理。 设计中，同电容测量模块采用高速定时器 TLC555，由于电感测量时输出频率最高能达到 超出单片机识别范围，所以采用计数器 74LS160对信号做 10 分频，不 仅满足测量要求还扩大了测量的范围。 电路中放电二极管采用高速肖特基二极管 1N4148以提高电路的阶跃响应。 ，所以必须采用分频电路具体参数如图。 10分频后波形如图 [7]。 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 46 页 FLR4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U 3 : A555+ 5 vC 3 10 .1 u fR 3 150D 3 1DI O DELXD03Q014D14Q113D25Q212D36Q311RCO15E N P7E NT10CL K2L O A D9MR1U 3 : B7 4 L S 1 6 0 图 电感测量具体电路 图 分频前后仿真波形 电感测量时电阻 R1选择 50 因为fRLx  2ln2 1 所以LxRf 2ln2 1 当 Lx=10uH时 f =， 十分频后 f =360kHZ； 当 Lx=10MH时 f =， 十分频后 f =360Hz； 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 46 页 满足单片机频率要求，所以电感测量只有一个量程 10uH10MH。 通道选择部分 本设计中将模拟信号转换成频率信号后通过单片机的 T0口测量频率值，应为有电阻、电感、电容三个对于频率信号 [8]，所以需要对 3路信号进行选择，最后只有一路信号送至单片机 T0口进行频率测量。 在此采用模拟开关 8选 1的多路模拟开关 CD4052做为 3路通道作选择。 有单片机控制到底选择哪一个信号进行测量。 具体电路如图 211 所示。 图 通道选择电路 CD4052是差分四通道数字控制模拟开关器件，有 A和 B两个二进制控制输入端和 INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。 当 INH 输入端 =“ 1”时所有通道截止，二位二进制输入信号选通四对通到中的一通道。 当选择了某一通道的频率后， Y输出频率通过 T1送入单片机进行计数，通 过计算得到要被测值，多路选择开关控制如表 所示。 表 多路选择开关控制 测量类别 0 0 X0 0 1 X1 1 0 X2 1 1 X3 显示部分 显示部分如下图 所示 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 46 页 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U4A T 8 9 C 5 22 3 4 5 6 7 8 91R P 11k+ 5 v 图 显示部分电路 在电阻、电容、电感测试系统中 [9]，用 LED来显示测量结果，既简单又显而易见。 LED选用六个七段数数码管，七位数码管以共阴极的方式与单片机连接。 单片机 P0口接数码管段选端， P2口接位选端。 通过给 P0、 P2口赋值就能控制数码管的显示。 由于单片机 P0口需要上拉电阻所以选用 1K的排阻。 六位数码管显示被测参数的示值从左到右依次代表十万、万、千、百、十和个位，这样显示结果更为简单可行。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此 根 据 数 码 管 的 驱 动 方 式 的 不 同 ， 可 以 分 为 静 态 式 和 动 态 式 两 类。 1)静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动 ， 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O端口进行驱动，或者使用如 BCD码二 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动 使 编程简单，显示亮度高。 2)动态显示驱动： 数码管动态显示接口 是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8 个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O端口，而且功耗更低。 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 46 页 经过对两种显示方式的比较分析：静态方式需要大量 I/O，而动态扫描显示方式能够节省大量的I/O 口，且电路结构也比较简单，显示效果良好，因此最终 采用动态扫描显示方式。 图 52 单片机管脚图 上图为单片机管 脚图。 AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片内含 8k bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256 bytes的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52有 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3个16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S系列的才支持在线编程 )。 其将通用的微处理器和 Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 MCS51 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、并行接口、串行接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，现在分别加以说明： 1)中央处理器： 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8位数据宽度的处理器，能处理 8位二进制数据或代码 ， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 2)数据存储器 (RAM)： 内部有 128个 8位用户数据存储单元和 128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 46 页 只有 128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 3)程序存储器 (ROM)： 共有 4096个 8位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 4)定时 /计数器 (ROM)： 有两个 16位的可编程定时 /计 数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 5)并行输入输出 (I/O)口： 共有 4组 8位 I/O口 (P0、 P P2或 P3)，用于对外部数据的传输。 6)全双工串行口： 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 7)中断系统： 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串 口 中断，可满足不同的控制要求，并具有 2级的优先级别选择。 8)时钟电路 ： 内置最高频率达 12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉 冲 时序。 本设计中单片机的控制部分电路图如图 ： sclschs r ls r h FRFLFCX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U4A T 8 9 C 5 2D 4 3L E D B I B YD 4 2L E D B I B YD 4 1L E D B I B YS W 1S W S P S TS W 2S W S P S TS W 3S W S P S T+ 5 vR 4 21kR 4 31kR 4 41kX012X114X215X311Y01Y15Y22Y34A10B9I NH6X13Y3U54 0 5 2D 4 5L E D B I B YD 4 4L E D B I B YR 4 51kR 4 61k 图 单片机控制部分电路 接口说明： P0口：数码管段选 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 46 页 P2口：数码管位选 ：电阻测量选择位 ：电容测量选择位 ：电感测量选择位 ：电阻低量程选择位 ：电阻高量程选择位 ：电容低量程选择位 ：电容高量程选择位 ：单位 K指示位 ：单位 1指示位 XTAL1， XTAL2：外接 12M晶振接口 RST:复位电路接口 本系统设计控制部分由单片机完成，其中 P0口接数码 管段选 P2 接数码管位选，控制数码管显示。 /计数器 T0口主要接受频率信号，这里 T1口工作为计数方式。 由于要实现自动测量所以需要按键也比较少，上图中 SW SW SW1为类型选择按键，按下 SW3表示当前测量的元件是电阻，按下 SW2 表示当前测量的是电感，按下 SW1 表示当前测量的是电容。 同时用三个不同颜色的发光二极管来表示待测元件类型， D D5位单位指示， D4表示单位为 K其实也就是大量程， D5表示单位为 1也就是小量程。 LED灯用来显示单位。 陕西理工学院毕业设计 第 18 页。