基于AT89C2051單片機的RLC便攜式智能檢測儀

王祥誠

(貴州理工學院電氣與信息工程學院 貴州 貴陽 550003)

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基于AT89C2051單片機的RLC便攜式智能檢測儀

王祥誠

(貴州理工學院電氣與信息工程學院 貴州 貴陽 550003)

傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測試RLC的過程中不夠智能，而且現(xiàn)有的RLC檢測儀器體積笨重，價格昂貴；同時，由于其不夠智能，使用的過程中，需要調(diào)試諸多參數(shù)，對初學者來說很不方便。本文在現(xiàn)代單片機技術的基礎上，基于AT89C2051，設計了一款智能化的，價格便宜和操作簡單的小巧的便攜式檢測儀。該檢測儀能把RLC的參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率，檢測過程智能化，對于提高RLC的檢測水平，具有重要的意義。

AT89C2051單片機；RLC；智能檢測儀；便攜式

隨著電子技術的發(fā)展，數(shù)字電路應用領域的擴展，軟件技術的高度發(fā)展及其在電子測量技術與儀器上的應用，新的測試理論、新的測試方法、新的測試領域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)。尋求智能化、便攜式的數(shù)字產(chǎn)品，已經(jīng)成為人們追求的一種趨勢。發(fā)展高精度、低價格的檢測儀器，得到了極大的關注。[1]傳統(tǒng)的電子測量儀器正在經(jīng)歷變革，能用于檢測電路的品質(zhì)因素和頻率等的RLC檢測儀器已很難滿足現(xiàn)有應用的需求[2]。設計自動化、智能化、高精度、可攜帶的RLC儀器，成為工業(yè)控制領域、數(shù)據(jù)采集領域的廣泛需求。

一、智能RLC檢測儀的結(jié)構(gòu)

RLC檢測儀是一種用于電路品質(zhì)檢測的高精度檢測儀器，能檢測電路得元件電阻R、電感L以及電容C。傳統(tǒng)的RLC檢測儀包含電阻檢測、電感檢測和第阿榮檢測三個部分，每個部分彼此獨立，都有一塊模擬電路。檢測過程中，系統(tǒng)探測到的電阻、電容值通過方波脈沖的形式，在頻率轉(zhuǎn)換下，通過繼電器進入檢測計算系統(tǒng)，通過檢測計算系統(tǒng)計算出檢測到的方波的頻率，進而得到相應的結(jié)果，并在液晶顯示器上顯示。由于傳統(tǒng)的頻數(shù)計算器反應速度慢，體積龐大，由此決定了RLC檢測系統(tǒng)的總體質(zhì)量大、價格貴。在傳統(tǒng)的檢測儀器的基礎上，修改其計量測量方法，進行RLC系統(tǒng)的改造，所設計的智能化的RLC檢測儀如圖1所示。該系統(tǒng)包括有測量電路、頻數(shù)計算器、量程切換系統(tǒng)、單片機以及顯示模塊幾個部分。

圖1 RLC檢測結(jié)構(gòu)流程圖

如圖中，在檢測電路檢測到電阻、電容、電感后，通過頻率計算器基礎出檢測的頻率，然后經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，形成能直接輸入繼電器的頻率信號，再由對應的振蕩電路進行轉(zhuǎn)換，得到的頻率信號,輸入單片機進行運算，最終得到高精度的檢測結(jié)果，并進行LCD顯示。在整個智能檢測儀器中，用戶只需要操作查詢按鍵，便能自動地得到所要檢測的相關值。由于單片機體積小，該系統(tǒng)不僅操作簡單，而且由此構(gòu)建的檢測儀質(zhì)量輕、體積小，便于攜帶。在整個檢測儀中，最核心的是電阻、電容和電感的檢測電路與計算方案。

二、智能RLC檢測儀的檢測電路

在本文設計的智能檢測儀中，檢測電路包括電阻R測量單元電路、電感L測量單元電路和電容C測量單元電路。三個電路彼此互不干擾。電阻和電容的檢測電路具有相同的形式，都采用脈沖計數(shù)法進行檢測。通過轉(zhuǎn)換計算后，所要檢測的電容或者電阻的值可以通過下式1進行計算：

(1)

其中，A為待檢測的電容或者電阻，Ai為Ti時刻檢測的值，Ai+1為Ti+1時刻檢測獲得的檢測值。

電感的檢測采用電容三點式振蕩電路來實現(xiàn)的。通過電容三點振蕩電路，參考式(1)的計算方法，其Ci與Ci+1為1000pF和2200pF的獨立電容，其電容值遠大于晶體管極間電容，在計算的過程中，所獲得的振蕩頻率可以通過下式(2)求取：

(2)

由此獲得當測量未知電容得到相應的脈沖周期的平方為時，

(3)

三、智能RLC檢測儀的軟件實現(xiàn)與測試

采用C51語言，進行軟件的設計，所設計的軟件包括四個部分，首先是進行AD9850頻率輸出程序，然后設置控制測量程序，在此基礎上，形成電阻電感電容計算程序；進而通過液晶模塊進行顯示。程序的主體流程如圖2所示。

圖2 RLC檢測儀軟件流程圖

為實際檢驗基于單片機的RLC智能檢測系統(tǒng)的測試精度和靈敏度，在常溫環(huán)境下，應用本儀器對一組電阻、電感和電容進行測試驗證。設在時間t內(nèi)檢測到n個脈沖，則驗證測得的誤差定時計數(shù)法進行測定。

四、結(jié)語

本文在認真分析RLC測量技術發(fā)展的基礎上，結(jié)合單片機技術，從硬件、軟件兩方面設計了一個基于頻率數(shù)字信號的智能RLC測量系統(tǒng)，包括基于AT89C2051單片機系統(tǒng)的電阻R、電感L、電容C的振蕩回路的硬件設計和分析，以及采用C51語言編程的軟件的設計。通過實例驗證表明，本文利用單片機技術實現(xiàn)了電阻電感電容測量的智能化設計,而且系統(tǒng)性能穩(wěn)定,測量精度較高,相對誤差小于1%,操作簡單,具有較強的實用性。

[1]李勁松.數(shù)字電子技術的發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].電子世界,2016(10):42-42.

[2]楊繼生,劉芬.基于PIC單片機控制的RLC智能測量儀[J].現(xiàn)代電子技術,2007,30(15):131-132.

[3]明立娟,任佳.基于單片機的電阻、電感、電容測量儀在實驗教學中的設計應用[J].高教學刊,2015(1):72-73.

[4]郝鵬,王大明.基于51單片機的電阻、電容、電感測試儀[J].科技致富向?qū)?2011(20):96-96.

王祥誠(1995.9-)，男，漢族，江蘇贛榆人，本科學生，貴州理工學院，研究方向為電氣工程。