電阻電容電感測試儀的設(shè)計(jì)與制作

3．3．2 電容測量模塊
測量電容采用的RC振蕩電路與測電阻的振蕩電路完全一樣。
誤差分析：有|△Cx／Cx|=|△f／f|+|△C／C|。
已知|△f／f|能滿足1％以下的精度，而精密的金屬膜電阻，其阻值的變化率|△R1／R1|亦滿足1％左右的精度。這樣電容的測量精度也可以做的比較高。注意：由于建立RC穩(wěn)定振蕩的時(shí)間較長，在測量電容和電阻時(shí)，應(yīng)在顯示穩(wěn)定后再讀取參數(shù)值。
3．4 電感測量模塊
在測量電感電容值時(shí)，傳統(tǒng)的測量大都采用交流電橋法和諧振法。然而這些方法通常采用刻度讀數(shù)，讀數(shù)不夠直觀。著眼于對傳統(tǒng)測量方式的改進(jìn)，基于LC振蕩電路原理，結(jié)合以AT89S52單片機(jī)為核心的頻率測量電路，測量電感。
利用普通的CMOS反相器構(gòu)成一個(gè)皮爾茲CMOS緩沖振蕩器，通過測量頻率來間接測量電感，并且測量值與電感的內(nèi)阻基本無關(guān)。本電路設(shè)計(jì)簡單，無需調(diào)試即可正常工作。其原理圖如圖4所示。

誤差分析：因?yàn)?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" height="36" alt="e.jpg" width="80" border="0" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20131009/175778_2_4.jpg" />所以|△L／L|=|2△f／f|+|△C／C|
由此可見，因?yàn)閨2△f／f|相當(dāng)小，|△L／L|的精度主要取決于電容值的穩(wěn)定性，從理論上講，只要|△C／C|小于1％，|△L／L|也就能達(dá)到相應(yīng)的水平。一般而言，電容的穩(wěn)定性，特別是像獨(dú)石電容一類性能比較好的電容，|△C／C|都可以滿足小于5％的要求，這樣誤差精度就能保持在-5％～+5％以內(nèi)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
AT89S52有兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0和T1。初始化程序?qū)0設(shè)置為計(jì)數(shù)器，T1設(shè)置為定時(shí)器。T0是工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下，對輸入的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，但對工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)下的T0，最大計(jì)數(shù)值為fOSC／24，由于fOSC=12MHz，因此，T0的最大計(jì)數(shù)頻率為500KHz。T1工作在定時(shí)狀態(tài)下，最大定時(shí)時(shí)間為65ms，達(dá)不到1秒的定時(shí)，所以采用定時(shí)50ms，共定時(shí)20次，即可完成1秒的定時(shí)功能。頻率計(jì)開始工作或者完成一次頻率或周期的測量，程序都進(jìn)行測量初始化。測量初始化模塊是用來設(shè)置1602液晶顯示、工作寄存器、中斷控制和定時(shí)／計(jì)數(shù)器的工作方式的。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。整個(gè)程序由初始化模塊、測量電感模塊、測量電容模塊、測量電阻模塊、測量實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、測量電感品質(zhì)因數(shù)模塊、測量頻率模塊、記錄并保存數(shù)據(jù)模塊等各種功能模塊組成。上電后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)軟件開始運(yùn)行。在執(zhí)行過程中，根據(jù)選擇分別調(diào)用各個(gè)功能模塊完成對應(yīng)的物理量測量。

5 實(shí)測結(jié)果
為了衡量這次設(shè)計(jì)的電阻電容電感測試儀的工作情況和測量精度，我們對系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，利用自制的測試儀對電阻、電容和電感的測量結(jié)果分別如表1、表2和表3。

6 結(jié)論
由于電路的增益很高，非常容易起振，即使在不接入電感的情況下，電路也會(huì)由于分布參數(shù)而起振。我們用了2個(gè)15cm長的線，接兩個(gè)鱷魚夾，直接短路的時(shí)候，電路的輸出頻率穩(wěn)定在502kH，折算出分布電感為2μH左右。這表明該測試儀最低只能勉強(qiáng)測出5μH。但是，如果電感值稍大，測量值還是比較準(zhǔn)確的。
考慮到存儲(chǔ)空間的限制，在ROM中只存儲(chǔ)3k個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)際分辨率為3．4％，測量小阻值的電阻器或者小容量的電容器誤差比較大，所以本系統(tǒng)適合測量阻值較大的電阻器和容量較大的電容器。
該測試儀操作步驟簡便，智能性強(qiáng)，誤差較小并且性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)顯示一目了然，已在實(shí)驗(yàn)室使用。