电阻、电容、电感测试仪毕业设计.doc

编号：

毕 业 设 计

题 目：电阻、电容、电感测试仪
院 （系）： 应用科技学院
专 业： 电子信息工程

题目类型：¨理论研究 ¨实验研究 þ工程设计 ¨工程技术研究 ¨软件开发

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸
摘 要

在使用电子元器件时，首先需要了解参数。采用传统的仪表进行测量时，首先要从电路板上焊开器件，再根据元件的类型，手动选择量程挡位进行测量，这样不仅麻烦而且破坏了电路板的美观。基于单片机控制实现的RLC测量仪可以在线测量、智能识别、量程自动转换等多种功能，大大提高测量仪的测量速度和精度，扩大了测量范围。因此这种RLC测量仪既可改善系统测量的性能，又保持了印刷电路的美观，较传统的测量仪还具有高度的智能仪和功能的集成化，在未来的应用中将具有广阔的前景。
本课题主要研究内容为设计一个基于单片机的RLC智能测量仪器，能够智能地识别出待测元件是电容、电感还是电阻；能精确测量出电阻、电容、电感的参数值，同时还能加入语音播报的功能；可以实现量程电阻的自动转换，无须人工选择档位；对测量仪进行扩充后还实现了二极管、三极管的测量。

关键词：RLC测量仪；AT89S52；NE555

Abstract

In the use of electronic components, the first need to understand parameters.Using the traditional instrument to measure, the first circuit board from a welding device, according to the type of components, manually select range Shift to measure, this is not only troublesome but also undermine The appearance of the circuit board. Based on SCM control to achieve the RLC-measuring instrument can measure, intelligent identification, range automatic conversion, and other features, thereby greatly increasing the meter measuring speed and accuracy, expanded the range. So this RLC measuring instrument can improve the performance measurement system, and maintain the appearance of the printed circuit, the more traditional measuring instrument also is highly intelligent and functional instrument of integration and application in the future will have broad prospects.
The main topics for the design of research has been based on the RLC SCM smart measuring instruments, smart and able to identify components under test is capacitors, inductors or resistance; can be accurately measured resistors, capacitors, inductors of the parameters, while adding Voice of the broadcast function can be automatically converted range of the resistance, not artificial selection stalls; measuring instrument to carry out the expanded also to achieve the diodes, transistors measurement.

Key words：RLC meter;AT89S52;NE555

目 录
引言 1
1 硬件电路 2
1.1 设计要求 2
1.2 电路方框图及说明 2
1.3 各部分电路设计 2
1.3.1 电阻测量电路 2
1.3.2 电容测量电路 3
1.3.3 电感测量电路 4
1.3.4 多路选择开关电路 5
1.3.5 按键及显示电路 5
1.3.6 单片机模块 6
1.3.7 量程选择模块 7
1.3.8 电源模块 8
2 软件部分 8
2.1 主程序流程图 8
2.2 程序清单 9
3 相关元器件 19
3.1 元件清单 19
3.2 AT89S52资料 20
3.3 ICM7218资料 31
3.4 74LS390资料 32
3.5 CD4052资料 33
3.6 NE555资料 33
3.7 共阳4位LED数码管资料 40
3.8 三极管相关资料 41
3.9 三端稳压管LM7805资料 42
3.10 继电器资料 43
4 调试总结 43
5 结论 44
谢 辞 45
参考文献 46
附 录 47

桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 48 页 共 47 页
引言
测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。本测试仪是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理一方面便于使仪表实现智能化。

1 硬件电路
1.1 设计要求
设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，具体要求数据如下：
（1）测量范围：电阻100~1M；电容100PF~10000PF；电感100UH~10mH。
（2）测量精度：5%；制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别知识所测元件的类型和单位。
（3）加入语音播报功能：如测量结果为6.8K欧姆则语音播报“六点八K欧姆”；如电阻小于100欧姆则语音播报“电阻小于100欧姆”。
电阻
电容器
电感器
测试仪
数字显示
外供+9V电源

1.2 电路方框图及说明
系统分三大部分，既测量电路、通道选择和控制电路。如图1.2.1。
被测电阻
被测电容
被测电感
电容三点式震荡电路
分频电路
RC震荡电路
RC震荡电路
多路选择开关

CD4052
二极管 指示
数字 显示
语音 播报
按键选择测量电路

AT89S52
Addr
测量频率
Fr
Fc
Fl
量程切换
量程切换

图1.2.1 RLC测量仪电路方框图
1.3 各部分电路设计
1.3.1 电阻测量电路
电阻的测量采用“脉冲计数法”，如图1.3.1所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。
555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：
T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1
得到：Fx=1/[（ln2）(R2+2Rx)C1]即：Rx=[1/(ln2)C1-R1]/2
电路分为2档: RH设置为高电平输出，RL设为低电平输出；
1、 100≤Rx<1000欧姆：
R3=200欧姆；C14=0.22uF；
Rx=(6.56*(1e+6))/(2*fx)-330/2
对应的频率范围为：2.8K≤fx <16K
2、 1000≤Rx<1M欧姆：
R2=20k欧姆；C1=103PF；
Rx =(1.443*(1e+8))/(2*fx)-(1e+4)
对应的频率范围为：141Hz≤fx<6.8K

图1.3.1 电阻测量电路
1.3.2 电容测量电路
电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如图1.3.2所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：
T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx
我们设置R1=R2;
得到：Fx=1/[3(ln2)R1*Cx]即：Cx=1/[3(ln2)R1*Fx]
电路分为2档:
1、 R1＝560K欧姆：CL设置为高电平输出；
R4=R6；
Cx= (0.94*(1e+6))/ fx；
对应的频率范围为：9.4K≤fx <0.94K。
2、 R1＝100K欧姆： CH设置为高电平输出；
R5=R6；
Cx =(4.81*(1e+6))/ fx;
对应的频率范围为：480Hz≤fx <4.8K。

图1.3.2 电容测量电路
1.3.3 电感测量电路
电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。
Fx=1/(2π)即：Lx=1/( 4π*π*Fx*Fx)
Lx=[38*(1e+6)]/

图1.3.3 电感测量电路
1.3.4 多路选择开关电路
利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一通道的频率后，输出频率通过通过P35作为CPU定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。

P13
P14
测量类别
0
0
Y0-R
0
1
Y1-L
1
0
Y2-C
1
1
*

图1.3.4 多路选择开关电路
1.3.5 按键及显示电路
按键和二极管分别表示不同类别的测量，如下表所示：
按键
二极管
对应测试项
KEY1
L1
测试R
KEY2
L2
测试C
KEY3
L3
测试L

图1.3.5.1 测量选择与指示电路

图1.3.5.2 显示模块1
计数结果需要显示出来供人们读数， 74LS390能驱动七段数码管以十进制数显示出来记数结果，如图：

图1.3.5.3 显示模块2
1.3.6 单片机模块
单片机系统连接如图1.3.6所示：

图1.3.6 单片机模块
1.3.7 量程选择模块
包括电阻量程选择模块和电容量程选择模块，如图1.3.7.1和1.3.7.2所示：

图1.3.7.1电阻量程选择模块

图1.3.7.2 电容量程选择模块
1.3.8 电源模块
电源模块如图1.3.8所示：

图1.3.8 电源模块
2 软件部分
2.1 主程序流程图
如图2.1所示：
初始化
键扫描
键分析，置状态
yes
R测试状态
C测试状态
L测试状态
开中断
定时器设置
通道及指示灯的设置
采值并计算
显示
是否语音播报

放音
yes
No

no

图2.1 主程序流程图
2.2 程序清单
#include <REG52.H>
#include <absacc.h>
#include <stdio.h>
#define ICM7218 XBYTE[0x00ff]//7218A地址

unsigned char Tab[] ={ 0xFB,0xB0,0xED,0xF5,0xB6,
0xD7,0xDF,0xF0,0xFF,0xF7
};//7218A数码管段代码表
unsigned char Addr[] ={ 0x00,0x08,0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,
0x40,0x48,0x50,0x60,0x68,0x70,0x78
};//ISD1420播放地址代码表
//(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9, 乘以10的,次方,欧,皮法,微亨)
unsigned char P_tab[7] ={ 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF
};//语音播放结果列表
unsigned char SaveData[8] ={ 0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE,0xCE
};//最终结果
unsigned char count = 0, counter = 0, bai = 0, shi = 0, ge = 0, cifang = 0;
unsigned long int pinlv = 0, result = 0, flag = 0;

sbit Mode = P1^2;//7218A工作模式
sbit R_select = P3^2;//电阻测量选择按键
sbit C_select = P3^3;//电容测量选择按键
sbit L_select = P3^4;//电感测量选择按键
sbit R_led = P2^2;//电阻指示灯
sbit C_led = P2^1;//电容指示灯
sbit L_led = P2^0;//电感指示灯
sbit R_change = P2^4;//电阻量程转变
sbit C_change = P2^3;//电容量程转变
sbit F_B = P1^4;//模拟开关
sbit F_A = P1^3;
sbit Play = P2^6;//语音播放
sbit Feedback = P2^7;//ISD1420反馈信号]

/****************************
延时
******************************/
void delay(unsigned int k)
{
unsigned int a;
for(a=0; a<=k; a++);
}
/******************************
频率测量
*******************************/
void pl(void)
{
TMOD = 0x51;//定时器0工作方式1，计数器1工作方式1
TH0 = 0x3c;
TL0 = 0xb0;//50ms定时
TH1 = 0;
TL1 = 0;//计数器清零
EA = 1;
ET0 = 1;
ET1 = 1;
TR0 = 1;
TR1 = 1;//启动计时计数器
while(count <= 60);//3秒测频
count = 0;
pinlv= (counter * 65536 + TH1 * 256 + TL1) / 3;//频率换算
counter = 0;
TR0 = 0;//停止计时计数器
TR1 = 0;
}
void t0(void) interrupt 1 using 0//定时器中断子程序
{
TH0 = 0x3c;
TL0 = 0xb0;
count++;
}
void t1(void) interrupt 3 using 0//计数器中断子程序
{
counter++;
}
/******************************
阻值公式换算(单位:欧姆)
*******************************/
void R_deal(void)
{
result = (6557705 / pinlv - 200) / 2;//100~10k欧姆
if (R_change == 0)
{
result = (6557705 / pinlv - 20000) / 2;//10k~1M欧姆
}
if (result > 20000 && result < 400000)//修正
{
result = result * 939 / 1000;
}
else
{
result = result * 891 / 1000;
}
}
/*****************************
容值公式换算(单位:PF)
******************************/
void C_deal(void)
{
result = 13383072 / pinlv;//100~1000PF
if (C_change == 0)//1000~10000PF
{
result = 2540851 / pinlv;
}
if (result < 277)//修正
{
result = result * 36 / 100;
}
if (result >= 277 && result < 288)
{
result = result * 430 / 1000;
}
if (result >= 288 && result < 318)
{
result = result * 507 / 1000;
}
if (result >= 318 && result < 450)
{
result = result * 614 / 1000;
}
if (result >= 450 && result < 470)
{
result = result * 65 / 100;
}
if (result >= 470 && result < 1455)
{
result = result * 72 / 100;
}
if (result >= 3295 && result < 9000)
{
result = result * 789 / 1000;
}
}
/******************************
感值公式换算(单位:uH)
******************************/
void L_deal(void)
{
pinlv = pinlv * 100;//频率分频还原
result = (6069931 / pinlv) * (6069931 / pinlv);
if (result >= 3600)//修正
{
result = result * 2;
}
if (result >= 2445 && result < 3600)
{
result = result * 100 / 65;
}
if (result >= 1245 && result < 2445)
{
result = result * 100 / 80;
}
if (result >= 552 && result < 1245)
{
result = result * 100 / 70;
}
if (result >= 465 && result < 552)
{
result = result * 100 / 84;
}
if (result >= 328 && result < 465)
{
result = result * 1000 / 765;
}
if (result < 328)
{
result = result * 100 / 79;
}
}
/******************************
转换成代码表
*****************************/
void daima(void)
{
unsigned char j, i = 0;
flag = result;
while (flag / 10)
{
flag = flag / 10;
i++;
}
if (i >= 2)
{
cifang = i-2;
}
else
cifang = 0;
for (j=0; j<cifang; j++)
{
result = result / 10;
}
bai = result / 100;
shi = result / 10 % 10;
ge = result % 10;
SaveData[0] = Tab[bai];
SaveData[1] = Tab[shi];
SaveData[2] = Tab[ge];
SaveData[3] = Tab[cifang];
}
/******************************
ICM7218_LED显示
******************************/
void display(void)
{
unsigned char i;
Mode = 1;//写命令字
ICM7218 = 0xf0;//十六进制非译码正常工作,后跟显示数据
Mode = 0;//写入数据
for (i=0; i<8; i++)
{
ICM7218 = SaveData[i];
}
}
/*****************************
ISD1420语音播放
******************************/
void play(void)
{
unsigned char i;
P_tab[0] = Addr[bai];//给表赋值
P_tab[1] = Addr[shi];
P_tab[2] = Addr[ge];
P_tab[3] = Addr[10];
P_tab[4] = Addr[cifang];
P_tab[5] = Addr[11];
if (R_led == 0)//电阻--欧
{
P_tab[6] = Addr[12];
}
if (C_led == 0)//电容--皮法
{
P_tab[6] = Addr[13];
}
if (L_led == 0)//电感--微亨
{
P_tab[6] = Addr[14];
}
for (i=0; i<7; i++)
{
P0 = P_tab[i];//地址
delay(20000);
Play = 0;//播放
delay(20000);
while (Feedback == 1);//等待EOM结束反馈
Play = 1;
delay(20000);
}
}
/*****************************
主函数
******************************/
void main(void)
{
R_select = 1;//初始化
C_select = 1;
L_select = 1;
R_led = 1;
C_led = 1;
L_led = 1;
Play = 1;
Feedback = 1;
while (1)
{
/*****************电阻*********************/
if (R_select ==0 )//测电阻
{
delay(2000);//去抖动
if (R_select == 0)
{
R_led = 0;
C_led = 1;
L_led = 1;
F_B = 0;//模拟开关电阻频率输出
F_A = 0;
delay(20000);
C_change = 1;
R_change = 1;//低量程
delay(50000);
delay(50000);
pl();//测频
if (pinlv < 164)//是否需要转换(高量程)？
{
R_change = 0;
delay(50000);
delay(50000);
pl();
}
R_deal();//结果
daima();//代码转换
display();//显示
//play();//语音播放
}
}
/******************电容***********************/
if (C_select == 0)//测电容
{
delay(2000);//去抖动
if (C_select == 0)
{
C_led = 0;
R_led = 1;
L_led = 1;
F_B = 0;//模拟开关电容频率输出
F_A = 1;
delay(20000);
C_change = 1;//低量程
R_change = 1;
delay(50000);
delay(50000);
pl();//测频
if (pinlv < 13383)//是否需要转换(高量程)？
{
C_change=0;
delay(50000);
delay(50000);
pl();
}
C_deal();//结果
daima();//代码转换
display();//显示
//play();//语音播放
}
}
/******************电感***********************/
if (L_select==0)//测电感
{
delay(2000);//去抖动
if (L_select == 0)
{
L_led = 0;
R_led = 1;
C_led = 1;
C_change = 1;
R_change = 1;
F_B = 1;//模拟开关电感频率输出
F_A = 0;
delay(20000);
pl();//测频
L_deal();//结果
daima();//代码转换
display();//显示
//play();//语音播放
}
}
}
}
3 相关元器件
3.1 元件清单
AT89S52芯片一个（带DIP40插槽）
ICM7218芯片一个（带DIP28插槽）
74LS390芯片一个(带DIP16插槽)
CD4052芯片一个（带DIP16插槽）
555芯片两个（带两个DIP8插槽）
共阳4位LED数码管
NPN三极管9013、PNP三极管9015各两个
三端稳压管LM7805两个
5伏光藕两个
5伏继电器两个
二极管两个
轻触开关4个
LED指示灯7个
1K8脚排阻1个
插针若干
电阻：
1个
2个
680 3个
1K 2个
2K 4个
3K 2个
3.9K 1个
10K 6个
20K 1个
30K 1个
100K 2个
560K 1个
电容：
30PF 2个
75P 1个
103 2个
203 1个
104 7个
0.22UF 3个
10UF 1个
470UF 2个
1000uF 2个
3.2 AT89S52资料
单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。
单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作。单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。

AT89S52主要性能
＊与MCS-51单片机产品兼容。
＊8K字节在系统可编程Flash存储器。
＊1000次擦写周期。
＊全静态操作：0Hz～33Hz。
＊三级加密程序存储器。
＊32个可编程I/O口线。
＊三个16位定时器/计数器。
＊八个中断源。
＊全双工UART串行通道。
＊低功耗空闲和掉电模式。
＊掉电后中断可唤醒。
＊看门狗定时器。
＊双数据指针。
＊掉电标识符。

功能特性描述
AT89S52是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

引脚功能描述

VCC
电源。

GND
地。

P0口
P0 口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部