電容電感測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p>　　題目名稱：基于微處理器的電容電感測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1課題研究意義和目的··&

2、#183;····································

3、;····································

4、83;············1</p><p>　　2 國(guó)內(nèi)外該方向研究現(xiàn)狀及分析·················

5、3;····································&#

6、183;·······················1</p><p>　　3 系統(tǒng)總體方案論證·······&#

7、183;····································

8、····································

9、3;·········1</p><p>　　3.1方案比較······················&

10、#183;····································

11、;····································

12、83;··1</p><p>　　3.2方案論證·····························

13、····································

14、3;································2</p><p>　　4

15、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)···································

16、3;····································&#

17、183;···························2</p><p>　　4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明··

18、3;····································&#

19、183;···································2</

20、p><p>　　4.2 RC測(cè)量電路································

21、····································

22、3;·······················3</p><p>　　4.3 電容三點(diǎn)式振蕩電路·······&

23、#183;····································

24、;···································4</p&g

25、t;<p>　　4.4 各部分測(cè)試電路································&#

26、183;····································

27、·················4</p><p>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)··············&#

28、183;····································

29、····································

30、3;·········5</p><p>　　5.1 主程序流程圖·····················

31、3;····································&#

32、183;·······························5</p><p>　　5.2 測(cè)量

33、子程序流程圖···································

34、3;····································&#

35、183;·········6</p><p>　　6實(shí)施計(jì)劃······················&

36、#183;····································

37、;····································

38、83;·········7</p><p>　　7系統(tǒng)擬解決問題······················

39、;····································

40、83;···································7</p

41、><p>　　8主要參考文獻(xiàn)································

42、3;····································&#

43、183;····························7</p><p>　　1.課題研究意義和目的</p>&

44、lt;p>　　目前，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻，電容，電感的大小。另外，隨著測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們對(duì)電參數(shù)的測(cè)量精度要求的提高，目前教學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍采用的數(shù)字式萬用表已不能滿足測(cè)量要求，因此設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷，測(cè)量精度更高的電阻，電容，電感測(cè)試儀具有廣泛的使用價(jià)值和應(yīng)用前景。</p><p>　　在目前的生產(chǎn)制造業(yè)中,與傳統(tǒng)的手

45、動(dòng)交流電橋相比,數(shù)字LRC阻抗測(cè)量?jī)x因其測(cè)量性能穩(wěn)定可靠,無需進(jìn)行反復(fù)的、復(fù)雜的手動(dòng)平衡,還可以減少測(cè)量誤差和結(jié)果計(jì)算,故已被越來越多地被應(yīng)用于交流阻抗參數(shù)的測(cè)量。要保證LRC阻抗測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確度,對(duì)其性能的考核就顯得尤為重要。</p><p>　　2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析</p><p>　　當(dāng)今電子測(cè)試領(lǐng)域，電阻，電容和電感的測(cè)量已經(jīng)在測(cè)量技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用的十分廣泛。國(guó)內(nèi)外電阻、電

46、容和電感測(cè)試發(fā)展已經(jīng)很久，方法眾多，常用測(cè)量方法如下。</p><p>　　1.電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。</p><p>　　2.傳統(tǒng)的測(cè)量電容方法有諧振法和電橋法兩種。前者電路簡(jiǎn)單，速度快，但精度低；后者測(cè)量精度高，但速度慢。隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，在測(cè)量速度和精度上有很大的改善，電

47、容的數(shù)字化測(cè)量常采用恒流法和比較法。</p><p>　　3.電感測(cè)量可依據(jù)交流電橋法，這種測(cè)量方法雖然能較準(zhǔn)確的測(cè)量電感但交流電橋的平衡過程復(fù)雜，而且通過測(cè)量Q值確定電感的方法誤差較大，所以電感的數(shù)字化測(cè)量常采用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法。</p><p>　　早在我國(guó)1997年05月21日中國(guó)航空工業(yè)總公司研究出一種電阻、電容、電感在線測(cè)量方法及裝置等電位隔離方法，用于對(duì)在線的電阻、電容、

48、電感元件實(shí)行等電位隔離。</p><p>　　縱覽目前國(guó)內(nèi)外的LRC測(cè)試儀，硬件電路往往比較復(fù)雜，體積比較龐大，不便攜帶，而且價(jià)格比較昂貴。例如傳統(tǒng)的用阻抗法、Q表、電橋平衡法等測(cè)試LRC的過程中不夠智能而且體積笨重，價(jià)格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越，測(cè)試操作過程中需要調(diào)很多參數(shù)，對(duì)初學(xué)者來說很不方便，當(dāng)今社會(huì)，對(duì)LRC的測(cè)試雖然已經(jīng)很成熟了，但是價(jià)格和操作簡(jiǎn)單特別是智能方面有待發(fā)展，價(jià)格便宜和操作簡(jiǎn)單、智能化的儀表開

49、發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間，本系統(tǒng)正是應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求，研制出一種價(jià)格便宜和操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程、體積更小、功能強(qiáng)大、便于攜帶的LRC測(cè)試儀，充分利用現(xiàn)代單片機(jī)技術(shù)，研究了基于單片機(jī)的智能LRC測(cè)試儀，人機(jī)界面友好、操作方便的智能LRC測(cè)試儀，具有十分重要的意義。</p><p>　　3 系統(tǒng)總體方案論證 </p><p><b>　　3.1方案比較</b><

50、;/p><p>　　電阻、電容、電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)可用多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法，電容可用恒流法和比較法，電感可用時(shí)間常數(shù)發(fā)和同步分離法等、使用可編程邏輯控制器(PLC)、振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合或CPLD與EDA相結(jié)合等等來實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)前對(duì)各種方案進(jìn)行了比較：</p><p><b>　　1)利用純模擬電路</b></p>

51、<p>　　雖然避免了編程的麻煩，但電路復(fù)雜，所用器件較多，靈活性差，測(cè)量精度低，現(xiàn)在已較少使用。 2)可編程邏輯控制器(PLC) </p><p>　　應(yīng)用廣泛，它能夠非常方便地集成到工業(yè)控制系統(tǒng)中。其速度快，體積小，可靠性和精度都較好，在設(shè)計(jì)中可采用PLC對(duì)硬件進(jìn)行控制，但是用PLC實(shí)現(xiàn)價(jià)格相對(duì)昂貴，因而成本過高。 </p><p>　　3)采用CPLD或F

52、PGA實(shí)現(xiàn)</p><p>　　應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的VHDL硬件電路描述語言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，利用MAXPLUSII集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到CPLD或FPGA可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對(duì)而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p><p>　　4)利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合</p><p>　　利用555多諧振蕩電路將電阻，電容參數(shù)轉(zhuǎn)化為

53、頻率，而電感則是根據(jù)電容三點(diǎn)式電路也轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，一方面測(cè)量精度高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。</p><p><b&

54、gt;　　3.2方案論證</b></p><p>　　很多儀表都是把較難測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)變精度較高且較容易測(cè)量的物理量。基于此思路把電子元件的集中參數(shù)L、R、C轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)f，然后用單片機(jī)計(jì)數(shù)后再運(yùn)算求出L、R、C的值并顯示，轉(zhuǎn)換的原理分別是RC震蕩和LC三點(diǎn)式振蕩。其實(shí)這種轉(zhuǎn)換就是把模擬量近似轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，頻率是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，這種數(shù)值化處理一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)智能化，另一方面也避免了由指

55、針讀數(shù)引起的誤差，從而達(dá)到儀表的高可靠性、高精度和多功能。</p><p>　　綜上所述，利用振蕩電路與單片機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感測(cè)試儀更為簡(jiǎn)便可行，節(jié)約成本。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來進(jìn)行。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 系統(tǒng)電路方框圖及說明</p><p&g

56、t;　　系統(tǒng)分測(cè)量電路和控制電路,系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1.系統(tǒng)電路方框圖</p><p>　　4.2 RC測(cè)量電路</p><p>　　測(cè)量?jī)x采用RC振蕩電路（如圖2）把待測(cè)元件參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖頻率信號(hào)，充分利用單片機(jī)能夠精確捕捉采樣脈沖頻率信號(hào)的優(yōu)勢(shì)以及單片機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，有效節(jié)省資源的同時(shí)還提高了測(cè)量精度，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)

57、構(gòu)。</p><p><b>　　圖2.RC振蕩電路</b></p><p>　　4.3 電容三點(diǎn)式振蕩電路</p><p>　　振蕩電路采用LC 振蕩電路（如圖3），振蕩的頻率由L 和C 確定。振蕩管采用9014, Rb1和Rb2為基極偏置, Rc為限流電阻, 電容C1、C 2和電感L 構(gòu)成正反饋選頻網(wǎng)絡(luò), 反饋信號(hào)取自電容C2兩端。該電路也

58、稱為電容3點(diǎn)式振蕩電路。輸入信號(hào)和反饋信號(hào)同相。在測(cè)量過程中, 當(dāng)測(cè)量電感時(shí), 輸入電路自動(dòng)把待測(cè)電感Lx 并聯(lián)到L 的兩端。當(dāng)測(cè)量電容時(shí), 輸入電路自動(dòng)把要測(cè)量的電容Cx 并聯(lián)到C1 的兩端。</p><p><b>　　圖3.振蕩電路</b></p><p>　　4.4 各部分測(cè)試電路</p><p><b>　?。?）電阻測(cè)量電

59、路</b></p><p>　　電阻的測(cè)量采用“ 脈沖計(jì)數(shù)法”, 由555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：</p><p><b>　　得出</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　?。?）電容測(cè)量電路&l

60、t;/b></p><p>　　電容的測(cè)量同樣采用“脈沖計(jì)數(shù)法”,由555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路,通過計(jì)算振蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電容的大小。555 接成多諧振蕩器的形式,其振蕩周期為：</p><p>　　T=t+t=(ln2)(R+R)·C+(ln2)R·C</p><p><b>　　設(shè)R=R,得出</b>&l

61、t;/p><p><b>　　即</b></p><p><b>　?。?）電感測(cè)量電路</b></p><p>　　電感的測(cè)量是采用電容三點(diǎn)式振蕩電路來實(shí)現(xiàn)的。LC 回路中與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件是同性質(zhì)的,另外一個(gè)電抗元件為異性質(zhì)的,而與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路,成為電容三點(diǎn)式電路：</p&g

62、t;<p><b>　　得出</b></p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 主程序流程圖</p><p>　　本系統(tǒng)是通過定時(shí)器定時(shí)并在定時(shí)期間對(duì)LRC電路所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行統(tǒng)計(jì),通

63、過內(nèi)部程序計(jì)算出相應(yīng)的值并在LCD上顯示。主程序流程圖如圖4所示。</p><p><b>　　圖4.主程序流程圖</b></p><p>　　5.2 測(cè)量子程序流程圖</p><p>　　圖5.測(cè)量子程序流程圖</p><p>　　測(cè)量頻率擬定為1秒鐘，具體由顯示效果確定。</p><p>&l

64、t;b>　　6實(shí)施計(jì)劃</b></p><p>　　第1周 定下方案，收集資料，準(zhǔn)備開題；</p><p>　　第2周—第4周 指定實(shí)驗(yàn)方案，系統(tǒng)仿真；</p><p>　　第5周—第10周 硬件的焊接調(diào)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)試分析和系統(tǒng)的改進(jìn)性研究；</p><p>　　第11周—第15周 期末驗(yàn)收及論文撰寫；</p&g

65、t;<p>　　第16周 準(zhǔn)備答辯；</p><p><b>　　7系統(tǒng)擬解決問題</b></p><p>　　該系統(tǒng)需要解決振蕩電路的起振、干擾和波形處理的問題。有時(shí)BJT的放大倍數(shù)不夠則電路起振較難，不利于測(cè)試，具體BJT的選擇需要靠實(shí)際測(cè)試確定。另外，也要考慮到振蕩頻率不能超過單片機(jī)的計(jì)數(shù)最高頻率，也涉及到了晶振頻率的選擇問題。</p>

66、<p>　　另外，系統(tǒng)引入量程切換功能，對(duì)軟件的編寫來說也有一定的難度。同時(shí)系統(tǒng)的智能性也有待研究。</p><p><b>　　8主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第5 版)[M]．高等教育出版社,2006.</p><p>　　[2] 華成英,童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4 版)[M].

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