555定时器应用--[测电容-电阻-电感].doc
《555定时器应用--[测电容-电阻-电感].doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《555定时器应用--[测电容-电阻-电感].doc(23页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、简易电阻、电感和电容的测试仪摘 要:本系统以MSP430单片机作为控制核心,由555构成多谐振荡电路实现对电阻和电容的测量,采用电容三点式振荡电路实现对电感的测量。控制继电器实现电阻、电容测量的档位自动切换,使测量精度满足指标要求;为使单片机精确测量待测频率,在电感测量模块中先进行整形和分频,然后测量,以提高测量精度。该系统设计简单,成本低,操作简单,在测量范围内误差很小,经电路仿真分析可达到题目要求的指标。关键词:555多谐振荡电路,电容三点式振荡,MSP430单片机,继电器一、系统方案论证1.1 电阻测量模块方案论证方案一:伏安法。如图1-1所示,分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和电
2、阻两端的电压,根据公式R=U/I求得电阻。这种测量方法虽然电路简单,但要同时测出两个模拟量,不易实现自动化,而电压表与电流表都存在内阻,测量误差大,精度不高。A RxV图1-1 伏安法测量原理 方案二:电阻分压法。如图1-2所示,将待测电阻Rx和基准电阻R串联在电路中,由于电阻分压的作用,当串联到电路上的电阻Rx的值不同时其Rx上分的压降也不同。通过测量上Vx便可由公式 求得。RxRGNDVccVx图1-2 电阻分压电路该方案原理简单,理论上只要参考电阻精确,就可以测量任何阻值的电阻,但实际上由于AD的分辨率有限,当待测电阻很大或是很小时就很难测出Rx上的压降Vx,从而使测量范围缩小,要提高测
3、量范围和精度就需要对电阻分档测试和提高AD的分辨率。这无疑会增加系统的复杂性和成本,所以也不可行。方案三:RC和555定时器组成的多谐振荡电路。很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路,我们把电阻阻值转换成频率信号,通过测量输出振荡频率的大小即可求得电阻的大小,如果固定电阻值,该方案硬件电路实现简单,通过选择合适的电容值即可获得适当的频率范围,同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电平变换,即可直接供数字电路处理,这种处理一方面便于使仪表实现智能化,另一方面也避免了由指针读数引起的误差。综合比较,基于对精度要求较高,并从测量时操作的简便程度考
4、虑,本设计采用方案三,用RC和555定时器组成的多谐振荡电路来实现要求。1.2 电容测量模块方案论证方案一:利用RC充电原理,根据电路原理电容充电的时间常数=RC。通过选择适当的参考电容,通过测量充电到一个固定电压时所需的时间即可以测量出相应的电容大小。此方案下测量大电容较准,但在电容容量较小时,电容在极短的时间内就能充满,即充电时间较短,所以很难测准。方案二:电桥法是另一种经典的方法,如图1-3所示,可利用交流电桥来测量电容。Z1Z2GNDGVCCZnZx图1-3 直流电桥平衡电路电桥的平衡条件为: 通过调节阻抗Z1、Z2使电桥平衡,这时电表读数是零。根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求
5、出被测参数。用这种测量方法,参数的值还要通过联立方程求解,调节电阻值一般只能手动,电桥平衡的判别亦难以用简单的电路实现。这样,电桥法不易实现自动测量。方案三:同样利用RC和555定时器组成的多谐振荡电路,通过测量输出振荡频率的大小即可求得电容的大小,如果固定电阻值,该方案硬件电路实现简单,能测出较宽的电容范围,完全满足题目的要求。同时输出波形为TTL电平的方波信号所以不需要再对信号做电平变换。即可直接输入单片机处理。综合比较,基于对精度要求较高,并从测量时操作的简便程度考虑,本设计采用方案三,用RC和555定时器组成的多谐振荡电路来实现要求。1.3 电感测量模块方案论证方案一:采用电桥法测量电
6、感。将待测电感和已知标准电阻电容组成电桥,通过单片机控制调节电阻参数使电桥平衡,电感的大小由电阻和电桥的本征频率求得,该方案测量精准,同时可以测量电容和电阻的大小,但其电路复杂,实现起来较为困难。方案二:用555定时器和被测电感利用电感储能以及充放原理构成多谐振荡器,通过测频率值确定被测电感的值。该方案电路结构简单,输出波形为TTL电平的方波信号,简单分频后可获得较为理想的测试频率范围,方便单片机精确测量。方案三:采用LC配合三极管组成三点式振荡电路,通过测输出频率大小的方法来实现对电感值测量。该方案成本最低,但其输出波形为正弦波,需要将其波形整形后才能交给处理器处理,成本稍微高了。综合比较,
7、基于方案二的设计误差太大,最终采用了方案三。1.4 频率测量方案论证方案一:直接测频法。该测量方法是把被测频率信号经过脉冲形成电路,计数器计数被测信号的脉冲周数,从而通过计算频率的公式得到被测信号的频率。此方案对低频信号的测量精度不是很高,对于高频信号的测量也不是很准确,只在一定范围的频率内才能测得比较准确的数值。因此只适用于一定范围内的频率测量。方案二:测周期法。该测量方法是通过测量被测信号的周期来计算频率。被测信号经脉冲形成电路变成方波通过单片机的计数器计数,再根据计算公式即可获得被测信号的频率。该方案对低频信号的测量比较准确,但对于高频信号,测量误差较大,故只适合低频信号的测量。在比较两
8、种方案之后,决定采用第一种方案来进行频率的测量。1.5 系统方案概述量程切换F1 MSP430 单 片 机 DIP开关电阻谐振式测量数字显示量程切换频率 F2电容谐振式测量电感三点式测量 F3整形电路分频电路 图1-4 系统设计总框图系统设计总框图如图1-4所示,本设计将电阻、电容和电感测量模块产生的不同频率的方波信号经整形和分频电路分别送至通道选择模块,根据测试的元件类型,单片机通过按键的输入选择相应的测试电路,并自动检测出待测元件的值所对应的频率范围,控制继电器实现对元件测量的自动换挡。同时单片机通过一定的计算后,在液晶显示屏上显示出元件的类型和测量值。二、理论分析与计算2.1 电阻测量的
9、分析与计算电阻测量原理图如图2-1所示,是由555定时器和R1、R2、C1组成的多谐振荡电路。电路振荡产生的频率由R1、Rx、C1确定。Vout图2-1 电阻电容测量原理图C1R1Rx电容C1的充电所需的时间,即脉冲维持时间: 放电所用时间,即脉冲低电平时间: 所以脉冲周期时间为: 故输出脉冲频率为: 所以只要已知R1、RX、C1中的其中两项的参数再通过单片机测出振荡频率的大小就可以计算出剩下第三项的参数。本设计中通过固定R1和C1的参数将待测量的电阻作为R2接入电路中的方法来测量电阻。 为使振荡频率保持在10-20kHz这一段单片机计数的高精度范围内,需选择合适的C1和R1的值,同时不能使电
10、阻功耗太大。所以我们设计了两路电路,第一个量程选择;第二个量程选择; 这样,在第一个量程中,若时(下限),;在第二个量程中,若时(上限),。因为RC振荡的稳定度可达1/1000,单片机测频率最多误差一个脉冲,所以由单片机测频率值引起的误差在百分之一以下。量程自动转换原理:单片机在第一个频率的记录中发现频率过小,即通过继电器转换量程。再测频率,求的值。 误差分析 : 因为相当小,在左右,远小于仪表所需要的精度,可忽略。这样,的精度取决于,即电容的稳定性。电路中采用了稳定性良好的独石电容,理论上说,只要小于,所测电阻的精度亦能在以下。由于单片机程序中采用了多位数的浮点运算,计算精度可远高于。2.2
11、电容测量的分析与计算电容测量的原理图也如图2-1,同样由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。由2.1的分析知其振荡周期为: 得出: ,即: 为使频率在单片机高精度测量范围内,我们同样设计了两路电路,取值分别为:第一量程:;第二量程:;这样的取值使电容档的测量范围很宽,同样可通过继电器转换量程。误差分析:同的测量,有,已知能满足以下的精度,而精密的金属膜电阻其阻值的变化亦能满足左右的精度。这样,电容的精度也可以做得很高。2.3 电感测量的分析与计算电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式振荡电路是指:LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质
12、的,另外一个电抗元件必须为异性质的,而与发射级相连的两个电抗元件同为电容式的三点式振荡电路,其振荡频率为: 即: 如图3-3所示, C1和C2分别采用100nF和1uF的独石电容,其电容值远大于晶体管的极间电容,可以把极间电容忽略,则单片机的高精度测量范围有限,因此在测电感这一档时,只能分频后送单片机计数。误差分析: 由此可见,因为相当小,的精度主要取决于电容值的稳定性,从理论上讲,只要小于,也就能达到相当的水平。一般而言,电容的稳定性,特别是像独石电容一类性能比较好的电容,能满足小于的要求,这样误差精度就能保持在以内。三、硬件电路设计3.1 测量电阻电路的设计电阻的测量分为两个量程:第一个量
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 测电容-电阻-电感 555 定时器 应用 电容 电阻 电感
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。