高精度測量儀的研究與設計

湖南鐵道職業技術學院 王 勇

中車株洲電力機車有限公司 王梨英

0 引言

隨著電子技術的發展，對電子元件參數的檢測要求越來越高，工作者希望能有一套能直接利用、并且攜帶方便、檢測準確的測量儀器，能夠檢測電子元件的參數值，這樣對電子設計將帶來很大的方便，減少測試時間，提高設計效率。基于此，本文通過對比當前市場上的產品，研究設計了一款攜帶方便，測量精度高的測量儀器，可以測量電阻、電容、電感的參數值，方便快捷、精度高。

1 整體設計方案

本設計硬件主要由主控制處理器、ADC模數轉換器、標準正弦波產生電路、斬波自穩零式精密運放電路、高精度交流/有效值轉換電路、顯示模塊等組成。系統框圖如圖 1 所示。

圖1 系統整體框圖

2 硬件設計

2.1 控制模塊設計

本系統的控制模塊采用LM3S811，其具體的電路原理圖如圖2所示。

2.2 測量信號產生電路

信號產生電路采用AD9851 芯片，在30 MHz時鐘下，輸出正弦信號和脈沖信號的頻率范圍為 0.291Hz～70 MHz，可通過編程任意輸出其間的頻率值，使用方便，頻率準確度高。

圖2 控制模塊原理圖

2.3 標準電阻和電容或者電感串聯電壓比例測量電路

儀器通過繼電器轉換分別從標準電阻的兩端測量電壓。由于OPA835 的輸入阻抗較低 ，為了降低其分壓帶來的誤差，被測的電壓通過AD844構成的電壓跟隨器，然后才通過高精度交流/有效值轉換芯片 OPA835，OPA835對被測直流量不進行運算通過，對被測交流量進行運算轉換成有效值，經過 ADC轉換成數字信號，在單片機中完成比例運算，最后得到電阻值、電容值或者電感值。

圖4 標準電阻和電容或者電感串聯電壓比例測量電路

圖3 AD9851串行加載電路連接圖

3 系統軟件設計

系統的軟件設計主要包括測量程序、正弦信號控制程序、顯示模塊程序三個部分，三部分的軟件設計流程圖如圖5-7所示。

圖5 測量程序流程圖

圖6 正弦信號控制程序流程圖

圖7 12864液晶顯示流程圖

4 系統測試

根據系統的設計，完成后進行了電阻、電容、電感三種元件的參數測試，測試數據如表1-3所示。

表1 電容值對比表

表3 電阻值對比表

5 結論

在該設計中我們使用了LM3S811作為主控器，通過DDS芯片AD9851產生高精度的正弦波信號并輸出作為正弦信號源輸出。標準正弦信號流經待測的電容或者電感和標準電阻的串連電路,通過測量電容或者電感和標準電阻各自的電壓 ，利用電壓比例計算的方法推算出電容值或者電感值。該設備易攜帶、價格低，測量準確，具有良好的應用價值。

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