基于PIC單片機(jī)設(shè)計(jì)的RLC智能測(cè)量?jī)x

在使用電子元器件時(shí)，首先需要了解其參數(shù)，這就要求能夠?qū)υ骷膮?shù)進(jìn)行精確測(cè)量。采用傳統(tǒng)的儀表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先要從電路板上焊開(kāi)器件，再根據(jù)元件的類型，手動(dòng)選擇量程檔位進(jìn)行測(cè)量，這樣不僅麻煩而且破壞了電路板的美觀。經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，采用正交采樣算法，并由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量、智能識(shí)別、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等多種功能，可大大提高測(cè)量?jī)x的測(cè)量速度和精度，擴(kuò)大測(cè)量范圍。因此這種RLC測(cè)量?jī)x既可改善系統(tǒng)測(cè)量的性能，又保持了印刷電路的美觀，較傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x還具有高度的智能化和功能的集成化，在未來(lái)的應(yīng)用中將具有廣闊的前景。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

此測(cè)量?jī)x硬件設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

由于PIC單片機(jī)只能正確采集0～5 V之間的電壓，而輸入的信號(hào)是正弦波信號(hào)，因此在將此正弦信號(hào)送入單片機(jī)之前需對(duì)其進(jìn)行電位提升，使整個(gè)正弦信號(hào)任意時(shí)刻的電位均大于或等于0。另外本測(cè)量?jī)x具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換和增益自動(dòng)可控的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。

圖2中U1(CD4051)是一個(gè)單刀八擲的模擬開(kāi)關(guān)，用以完成量程電阻擋位的轉(zhuǎn)換；U2(CD4052)是一個(gè)雙刀四擲的模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)選擇待測(cè)元件或基準(zhǔn)電阻信號(hào)；U3，U4，U5，U6共同組成一個(gè)增益可以控制的儀用差分式放大電路，其中U5(CD4052)是用來(lái)切換增益倍數(shù)的；U8 (74LS273)是一個(gè)鎖存器，用于將由單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)鎖存并傳輸給U1，U2，U5實(shí)現(xiàn)程控；由于U1，U2，U5開(kāi)關(guān)切換的驅(qū)動(dòng)電壓要求達(dá)到 5 V以上，而單片機(jī)的高電平僅為3～5 V，達(dá)不到驅(qū)動(dòng)電壓，所以要采用一個(gè)集電極開(kāi)路的驅(qū)動(dòng)器(74LS07)才能實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)控制的開(kāi)關(guān)切換(R13，R14，R15，R16，R17為 74LS07輸出端的上拉電阻)。

這樣通過(guò)程序控制單片機(jī)與74LS273相接端口的高低電位，就可以控制模擬開(kāi)關(guān)選擇不同的通道，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的量程檔位轉(zhuǎn)換和增益控制。

2 軟件程序設(shè)計(jì)

本測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理是以正交采樣為基礎(chǔ)。首先選用頻率恒定的正弦信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量信號(hào)，然后用待測(cè)元件和基準(zhǔn)電阻串聯(lián)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行分壓，最后由單片機(jī)分別對(duì)待測(cè)元件和基準(zhǔn)電阻分壓后所得的信號(hào)進(jìn)行正交采樣處理。

由于流過(guò)電容或電感的電流與其兩端的電壓存在90°的相位差，因此只需在任一時(shí)刻采樣得到交流信號(hào)瞬時(shí)值V1，然后相移90°，再采樣得到瞬時(shí)值V2，就可用V1和V2表示完整的交流信號(hào)：V2=V1+jV2。

軟件程序的設(shè)計(jì)思路如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1給出了該測(cè)量?jī)x在測(cè)量頻率為100 Hz，1 kHz，10 kHz±0.02％三種情況下的測(cè)量范圍與測(cè)量精度。其中L，C，R，Q，D分別表示電感量、電容量、電阻值、品質(zhì)因數(shù)、損耗角正切值。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于PIC單片機(jī)的RLC智能測(cè)量?jī)x，其主要功能如下：

(1) 能夠智能地識(shí)別出待測(cè)元件是電容、電感、還是電阻。

(2) 能精確測(cè)量出電容、電感、電阻的參數(shù)值。

(3) 可以實(shí)現(xiàn)量程電阻的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，無(wú)須人工選擇檔位。

(4) 當(dāng)測(cè)量正弦信號(hào)的幅度過(guò)小時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)增益放大，從而不影響精度。

(5) 對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行擴(kuò)充后還實(shí)現(xiàn)了二極管、三極管的測(cè)量。

由此可見(jiàn)，此測(cè)量?jī)x具有高度的智能化和集成化，可精確地對(duì)元器件參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，這正符合當(dāng)今測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)，他將具有廣闊的應(yīng)用前景。