智能RLC檢測(cè)儀

鄧淑蓉?祝悅?李大一

摘要：隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)于電子測(cè)量技術(shù)的要求也越來越高。電阻、電容、電感是最基礎(chǔ)的元器件，它們的測(cè)量就十分關(guān)鍵。采用AT89C51單片機(jī)，555芯片，LCD顯示等模塊設(shè)計(jì)的RLC測(cè)量儀，可以實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感的測(cè)量。經(jīng)研究，該系統(tǒng)數(shù)字化測(cè)量的準(zhǔn)確度高，速度快，直觀方便，可以廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī);555芯片;LCD屏;RLC檢測(cè)

引言

電阻、電感、電容是最常見的元器件，也是應(yīng)用最廣泛的元器件，因此，對(duì)它們的參數(shù)值的測(cè)量，變得尤為重要。測(cè)量電阻、電容和電感的方法有很多，這些方法都有一定的實(shí)用價(jià)值，但是由于電子科技的發(fā)展和工程技術(shù)要求的提高，它們的弊端也越來越明顯，對(duì)此，提出一種基于單片機(jī)的智能RLC檢測(cè)儀，測(cè)量方法更便捷、測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。

測(cè)量阻抗參數(shù)常用的方法有伏安法、電橋法、諧振法這三種。伏安法測(cè)量雖簡便，但誤差大，電橋法是利用電橋平衡的原理，該方法測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬，但需手動(dòng)調(diào)節(jié)，速度慢，諧振法的測(cè)量方法是利用LC串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的諧振特性，該方法測(cè)試精度有限制。經(jīng)過權(quán)衡采用諧振法。

一、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，用555芯片，以及電阻、電容相連組成振蕩電路，測(cè)量電阻和電容，利用電容電感組成LC振蕩電路，測(cè)量電感，均輸出矩形波。然后把所得的波形送給單片機(jī)，通過單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)功能計(jì)算矩形波的頻率，再通過公式算出電阻、電感、電容的參數(shù)值，并送顯示器顯示。

（一）系統(tǒng)

該系統(tǒng)由晶振電路、復(fù)位電路、51單片機(jī)（中央處理單元）、555芯片、LC振蕩電路、液晶顯示等模塊組成。如圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（一）中央處理模塊

該模塊是本設(shè)計(jì)的核心，其需要對(duì)555芯片和振蕩器電路得到的矩形波進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果送給LCD1602顯示器。我們采用的是80C51系列中的AT89C51，該芯片具有功能強(qiáng)大，操作方便，開發(fā)早，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。

（二）測(cè)量模塊

555是由兩個(gè)比較器（C1和C2）、一個(gè)RS觸發(fā)器以及一個(gè)三極管開關(guān)電路（TD）構(gòu)成。電阻測(cè)量計(jì)算方法：

電容測(cè)量計(jì)算方法：

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，采用的是AT89C51單片機(jī)為控制核心。主程序中，會(huì)涉及到按鍵的選擇，頻率的計(jì)數(shù)，將頻率轉(zhuǎn)換成所要求參數(shù)，以及將計(jì)算的參數(shù)送至LCD屏顯示。主程序流程圖如圖所示：

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該設(shè)計(jì)方案選取的測(cè)量方案比較合理，選用的數(shù)字化測(cè)量方式精度高，結(jié)果可靠，速度快，數(shù)字顯示也簡明直觀。同時(shí)，通過頻率將阻抗與單片機(jī)連接，便于測(cè)量，計(jì)算，另外，555芯片是常見的元器件，采取的測(cè)量電路也是其基本的電路，電路圖比較簡單，容易掌握，可利用的資料多，便于開發(fā)，而且測(cè)量電路相對(duì)來說穩(wěn)定，不易受外界影響，可穩(wěn)定的輸出矩形波，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過合理的硬件設(shè)計(jì)和程序調(diào)試后，可以在屏上顯示一定范圍的電阻電容電感值。

但該方案仍存在不足，較低和較高的電感測(cè)量值相對(duì)偏差較大，電容測(cè)量范圍有限。由于555是根據(jù)電源的精度和外圍阻容元件的精度來決定輸出頻率精度的，如果外圍精度很高且溫度變化不大，那么555的精度是足夠的，但是以目前的情況來看，部分電容值有5%以上的偏差，這就直接導(dǎo)致了測(cè)量電路的精確性較低，同樣555定時(shí)器不能產(chǎn)生頻率很低的信號(hào)，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量范圍小。此外，所有的測(cè)量電路必須保證起振，振蕩電路需穩(wěn)定，為減小該誤差，我們可以多次測(cè)量，對(duì)數(shù)據(jù)擬合，將補(bǔ)償值加上，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

五、結(jié)論

該款RLC測(cè)量儀可以實(shí)現(xiàn)阻抗測(cè)量的功能。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)操作方便，精度較高，可廣泛應(yīng)用。對(duì)該系統(tǒng)還可以有更進(jìn)一步的思考，可以采用運(yùn)行速度更快，性能更好的32單片機(jī)，還可以實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感的分檔測(cè)量，隨時(shí)換擋等功能。

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本文為省級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱智能RLC檢測(cè)儀，項(xiàng)目編號(hào)201910379015

作者單位：宿州學(xué)院