基于单片机的高精度电容电感测量仪
基于单片机的高精度电容电感测量仪
x1基于单片机的高精度电容电感测量仪刘 军 李 智(桂林电子科技大学电子工程学院 桂林 541004)摘 要 :本文介绍了一种基于单片机的高精度电容和电感测量仪器的设计 。
本设计采用 DDS 芯片 AD9850 产生高精度的 正弦波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串连电路 ,通过测量电容或者电感和标准电阻各自的电压 ,利用电压 比例计算的方法推算出电容值或者电感值 。
本设计利用 51 单片机控制测量和计算结果 ,运用自校准电路提高测量精度 , 采用 1602 液晶模块实时显示数值 。
实验测试结果表明 ,本设计性能稳定 ,测量精度高 。
关键词 :电容电感测量 ; 电压比例法 ; AD9850 ; 1602 液晶模块 中图分类号 : TP216 文献标识码 : AHigh 2precision instrument for measurement capacitor andinductance based on singlechipLiu J un Li Zhi( Electronic Department , Guilin Un iver sity of Electronic Technology , Guilin 541004)Abstract : The paper introduced the design of a high 2precision in str um ent for in ductance and capacitor measurement based on singlechip . The design adopted AD9850 to produce a high accuracy sine wave signal , which passed thro ugh the ser ies circuit of the capacity o r the inductance an d the stan dar d resistance , an d then measured the respective voltage of the capacity or the inductance an d the stan dar d r esistance. Usin g the method of voltage proportion computation calculated the capacitance value or the inductance value. The design used 51singlechip to control the measurement and calculate the result , used self 2calibra 2 ted cir cuit to improve the precision of measur ement , and used 1602 L CD to show the result in tim e. The experiment results indicate that the performance is stable an d the precision is high.K eywords : capacitor and in ductance measurement ; voltage proportion ; AD9850 ; 1602 LCD0 引 言单片机技术已经在智能化测量仪表中得到越来越广 泛的应用 。
基于单片机的RLC测量仪
学校代码11059学号：01本科毕业论文BACH ELOR DISSERTATION论文题目：简易 R、 L、C测量仪学位类别：工学学士学科专业：作者姓名：导师姓名：完成时刻：简易 R、L、C测量仪中文摘要在本设计里，采纳单片机89S52做为设计的操纵核心，89S52单片机是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大利用者的好评。
由于单片机在频率计数时，计数的误差值超级的小，因此在本设计中，单片机的最要紧的一个作用确实是完成频率的计数。
通过搭建外围的电路，把所要求的电阻、电容、电感参数转换成频率信号f，转换的原理别离是利用RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路。
用89S52单片机计数得出被测频率，通过必然软件编程，把该频率计算出各个参数值，将数据处置后，送显示部份显示，若是测量值不在频率范围内，通过软件操纵端口，通过继电器形成量程转换。
通过该电阻、电容、电感测量仪器的设计，本人大体了解和把握了如何运用单片机硬件和软件技术来完成一些小设计。
关于本人来讲，这是一次极为宝贵的体会。
关键词：RC振荡电路；LC电容三点式；89S52单片机；测量R、L、C measure instrumentAbstractIn this design，use of SCM 89S52 as the core design of control. SCM 89S52 is a 8 bit single chip computer. Its easily using and multi-function suffer large users . As SCM in frequency count, the count of error is very little .So in this design, SCM is the most important a role the frequency of complete count. Through the external structures of the circuit ,the resistance、the inductance and the capacitance are translated into frequency on account of RC surging circuit and LC surging circuit. Single chip was measured frequency and computed each parameter value from this frequency，Through the software programming, to calculate the frequency of various parameters, data processing, sent to show that some, if not measured frequency range, by software control port, through the formation of the relay range conversion.I know and grasp how to use 89S52 single chip computer technology to develop the R、L、C measure instrument through this practice. It's an extremely valuable experience to me.KEY WORD: RC surging circuit；LC surging circuit；89S52 single chip computer；measure instrument目录第一章系统的设计............................................ 错误!未定义书签。
基于C单片机的电容测试仪
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基于C52单片机的电容测试仪设计
摘 要:本文主要设计了一个简单的数显式电容值测量仪，全文介绍了电容测试仪的设计思想及硬件结构。该测容仪以STC89C52单片机和555振荡器作为主要元件，首先由555振荡器构成多谐振荡器来产生一个脉冲信号，555振荡器所产生振荡信号的频率由被测电容和电路电阻共同决定。通过STC89C52单片机对555输出脉冲频率进行测量，从而可以计算出测量的电容值。为了避免噪声的影响，提高测量精度，设计中在多谐振荡器输出端加入一个74HC08使输出波型毛刺减少，进而提高了测量精度。最后通过LCD1602显示器显示被测电容容值。在软件设计中，该设计使用C语言来编写程序。该仪器具有方便快捷，结构简单实用，精度较高，价格低廉等特点。
通常情况下测量电容方法多并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555定时器基础上拟定的一套自己的设计方案。是尝试用555定时器将被测参数转化为频率，这里我们将RLC的测量电路产生的频率送入STC89C52RC的计数端端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过该频率计算出各个参数。
(6)安装和调试，实际测试，记录测试数据及结果。
2数显测容仪的系统设计
2.1 电容测试仪设计方案比较
1.2电容测试仪的发展历史及研究现状
当今电子测试领域，电容测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电容测试发展已经很久，方法众多，常见测量方法如下。
近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。测试仪器行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土仪器取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。
基于单片机的电阻、电感、电容测量系统
第一章绪论科学技术的飞速发展，特别是信息技术、精密工程的发展，催生了众多的新工艺、新材料、新产品，给人们的生产生活带来了日新月异的变化，然而所有这些新工艺、新材料、新产品都离不开测试测量技术和精密仪器，测试测量技术是这些产品质量的重要保证，而计量是为测试测量提供标准，精密仪器是其必不可少的工具。
随着被测试系统、产品的发展水平日趋提高——速度越来越快、体积越来越小、应用覆盖范围越来越广，人们对测试测量技术及精密仪器的要求也越来越高，促使测试测量技术和测量仪器不断出现新理论、新技术和新方法。
而电阻、电容、电感是电子线路中必定使用的零部件。
在进行电子线路的设计的基础上，准确地测量这些零部件的值是极其重要的。
测量这些零部件的值，一般使用LCR测试仪。
测量电子元器件集中参数R.L.C的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有优缺点。
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。
随着智能化仪器的发展，元器件测量也变得十分简单，不象传统的模拟万用电桥那样操作复杂、调试困难，而采用LCR自动测量仪。
这种测量仪是以微处理器为基础的智能仪器，可以自动测量无源元件的各项基本参数。
RLC参数自动测式仪不仅能自动判断元件的性质，而且能将符号图形显示出来，并显示出其值，还能测量Q、D、Z、Lp、Ls、Kp、Ks等参数，且显示出等效电路图形。
这类自动测试系统具有极强的通用性和多功能性，对于不同的测试任务，只需增减或更换挂在它上面的仪器设备，编制相应的测试软件，而系统本身不变。
这种自动测试系统特别适合于要求测试时间短而数据处理量极大的测试任务中，以及测试现场对操作人员有害或操作人员参与会产生人为误差的测试场合。
因其具有很多传统仪器所不具备的优点，故RLC自动测试仪现在应用越来越广泛。
第二章方案设计与论证RLC参数的测量方法主要有电桥法.谐振法.伏安法三种。
电桥法具有较高的测量精确度，因而被广泛采用，而且电桥已派生出许多类型。
基于51单片机的数字电容测量仪设计
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
图 2-6 键盘电路
2.2.5 指示灯电路
如图 2-7 所示，指示灯主要用于给用户以提示，如当前量程提示，超量程提示等等
. D2
用于超量程提示， D6 用于电源提示 .
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7 P
P
P
P
P
R3
R6
R9
R10 R11 R12
680
680
680
680
2.2.2 555时钟芯片与单片机连接
图 2-4 是 555 时钟芯片构成地单稳态触发电路， 6 脚和 7 脚接在一起， R2 和 C4 构成商 店复位电路， 2 脚用于接收单片机 P3.7 口产生地低脉冲， 3 脚接于 P3.2 脚，用于门控制计 时器 0 地启动与停止 .从而将电容容量转为脉冲宽度 .
根据设计要求、可行性和设计成本地考虑选择了基于
STC89C52 单片机和 555 芯片构成地
单稳态触发电路测量电容地方案 . 现在一一介绍论证如下 .
1.3 方案Ⅱ
根据积分电路原理可得 C=Ui*dt/R*Uo ，将经过 RC 充电电路后，输出地与电容对应地 电压值输入到 ADC0809 中，经过处理后，将相应地数值传到单片机里，再通过公式运 算，求得相应地电容 C 值，在 LCD 上显示 .
5vc4r2r847uf2k8u21004c3int0rcqv7c2dc5cvh1nftdp372n6trgth1ne555cx图24555芯片与单片机的连接223低脉冲产生电路如图25所示按键接于p33口即外部中断1接口因此低脉冲是利用中断实现的p37口产生低脉冲可在软件中的外部中断1函数中实现整个过程为需要测量时按6键产生外部中断利用外部中断用软件再在p37口产生一个低脉冲之所以利用中断实现该功能是为了增加产品的可靠性因为按键的时间是比较长的直接用按键产生低脉冲可能导致t1tw导致测量错误
基于单片机的精密电容测量仪设计
摘要随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
因此，设计可靠，安全，便捷的电容测试仪具有极大的现实必要性。
在系统硬件设计中，以STC89C52RC单片机为核心的电容测试仪，使用对应的振荡电路转化为频率实现参数的测量。
电容是采用555多谐振荡电路产生的，将振荡频率送入STC89C52RC的计数端端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率，再通过该频率计算出被测参数。
在系统软件设计中，是以Keil4.0为仿真平台，使用C语言编程编写了运行程序；包括主程序模块、显示模块、电容测试模块。
最后，实际制作了一台样机，在实验室里进行了测试，结果表明该样机的功能和指标得到了设计要求。
关键词：单片机，555多谐振荡电路，1602液晶屏AbstractWith the development of electronic industry,electronic components rapidly increased the scope of electronic components widely up gradually,in applications we often measured capacitors size.Therefore,the design of reliable,safe,convenient capacitance tester of great practical necessity.In the system hardware design,take the MCS-51 monolithic integrated circuit as the core resistance,the use correspondence's oscillating circuit transforms for the frequency realizes each parameter survey. And the electric capacity is use 555 multi resonant circuits to produce,the oscillation frequency will send STC89C52RC the counting to be neat,through and fixed time counts may calculate by the frequency measurement rate,figures out again through this frequency meter is measured the parameter.In system's software design is take Keil4.0 as the simulation platform,used the C language programming has compiled the system application software;including master routine module,display module,display module,electric capacity test module and inductance test module.Finally,the actual production of a prototype,tested in the laboratory results show that the prototype of the functions and indicators are the design requirements.Key Words：Single slice of machine;555 multi resonant circuit; 1602 dynamic display module目录摘要Abstract前言1选题背景1.1电容测试仪的发展历史及研究现状1.2现今的电容测量技术手段2电容测试仪的系统设计2.1 电容测试仪设计方案比较 (3)2.2 系统的原理框图 (4)3电容测试仪系统的硬件设计 (5)3.1 RC振荡电路的设计 (5)3.1.1 555定时器简介 (5)3.1.2 RC振荡电路的设计 (8)3.2 单片机电路的设计 (9)3.2.1 单片机的选择-STC89C52RC (9)3.2.2 单片机时钟电路设计 (11)3.2.3 单片机复位电路设计 (13)3.2.4 单片机定时器/计数器设置 (15)3.3 显示电路的设计 (16)3.3.1 液晶显示器的选择 (16)3.3.2 显示电路设计 (17)4电容测试仪系统的软件设计 (18)4.1 主程序流程图 (18)4.2频率参数计算的原理 (18)5 PCB板的设计及系统的调试 (20)5.1 Protel99SE介绍与PCB板的设计 (20)5.2 系统的调试 (22)5.3 系统的测试 (23)结论致谢参考文献前言目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电容的大小。
基于51单片机的电容电感测量仪设计
2019年24期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application基于51单片机的电容电感测量仪设计*王杰（铜陵学院电气工程学院，安徽铜陵244061）在平常电子电路实验中，我经常会用到一些电容和电感，当我们用它的时候，我们是直接通过其自身的颜色标记或者买来的标签上面来读取它的容量或感量。
如果在某个电路中由一个未知值得电容或电感，或者电路中有个寄生的电容存在，那我们又该如何知道它的大小呢。
本文就介绍了一个用单片机构成的可以测量小容量电容电感的简易测量仪。
1测量仪设计原理该电容电感测量仪的测量原理就是基于测量振荡器频率的方法，测量仪的核心是一个由LM311芯片组成的振荡器，可以测出LC 振荡电路中的电容和电感的值。
不过由于单片机测量频率的范围有限，同时也为了减小测量误差，当单片机在测量LC 振荡回路频率的时候，可以先测量一个标准已知电容的振荡频率，然后再根据此基准电容值计算得出被测的电容量和电感量[1]。
2硬件电路的设计电容电感测量仪的硬件电路主要包括LC 振荡器、51单片机和LED 显示器这三大件。
其中LC 振荡器是由电容、电感，电阻和LM311比较器芯片组成。
在电路组装好之后，要对电路进行检查，看其振荡器是否能正常起振，可以用示波器在LM311的7引脚观察有无振荡波形输出，如果有，则可初步判定振荡器可以正常工作。
3LC 振荡电路设计当电容电感全为未知的时候，我们可以先用RC 振荡器先测量出电容的值，当电容值知道后，再将被测电感和电容组成一个LC 振荡电路，再测出电感的值。
其原理为把被测电容和电阻串联，构成RC 网络，即一个RC 振荡器，该振荡器的周期为T=A 0×RC ，A 0为常数，当R 为已知的时候，测出振荡器的周期即可算出电容的值。
然后把求得的电容值代入LC 振荡电路中，根据其振荡频率f=1/2π√LC [5]，测出此时振荡器的频率后即能算出电感的量[2]。
基于单片机电阻电容电感测量
基于单片机电阻电容电感测量基于单片机电阻电容电感测量引言：单片机是一种集成电路芯片，具有处理、存储和控制功能。
在电子领域中，单片机常被用于各种测量和控制需求，其中包括电阻、电容和电感的测量。
本文将重点讨论基于单片机的电阻、电容和电感测量技术，探讨其原理、应用及可能的改进方向。
一、电阻测量电阻是电流通过的阻力，是电路中常见的元件之一。
在电子设计和维修中，准确测量电阻是十分必要的。
基于单片机的电阻测量技术通过利用单片机内部的模拟-数模转换器（ADC）和电压比较器实现。
1.工作原理基于单片机的电阻测量原理非常简单。
将待测电阻接入单片机的引脚和电源之间，形成一个简单的电路。
通过单片机的ADC来测量电路两端的电压。
根据欧姆定律，电阻值可以通过电压和电流的比值得到。
通过测量电压和已知电流值，可以计算出电阻值。
2.应用领域基于单片机的电阻测量技术广泛应用于电子设备维修和实验室测量中。
当我们需要检测电路板上的电阻是否正常工作时，可以使用这种技术。
该技术还在温度传感器、压力传感器和其他各种传感器中起到关键作用。
3.改进方向目前，基于单片机的电阻测量技术已经相对成熟。
然而，随着技术的进步，我们可以考虑一些改进方向。
可以进一步提高测量的精确度和稳定性，以适应更高精度要求的应用。
还可以研究如何通过改变测量电路的结构和参数，来实现对特定类型电阻的测量。
二、电容测量电容是电路中的存储元件，用于储存电荷。
在电子系统中，精确测量电容对于设计和故障排除十分重要。
基于单片机的电容测量技术通过使用单片机的定时器和IO口来实现。
1.工作原理基于单片机的电容测量原理基于充放电过程。
将待测电容通过一个电阻与单片机的引脚相连。
单片机通过IO口将引脚置为高电平，电容开始充电。
当电容充电到一定电压后，单片机将引脚置为低电平，开始计时。
当电容放电到低电平后，单片机停止计时。
通过测量计时的时间，可以计算出电容值。
2.应用领域基于单片机的电容测量技术在电子系统设计和故障排查中广泛应用。
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己口口７年巨月
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正弦信号ｕ
标准电阻Ｒ待测电感或电容 图３电压比例测量电路
控制继电器切换电路和编程来实现。在单片机的运算和 控制下，可以实现量程的自动转换。
在电压模值的计算中应该注意的是：测量电容时，电 容电压Ｌｋ的相位落后标准电阻上电压Ｕ＿的相位９０。，如 图４所示。而测量电感时情况则相反，如图５所示。电流 的相位跟标准电阻上电压相位相同。
［４］陈江华．一种实用的电容、电感和电阻自动测量仪［Ｊ］．计 量与测试技术，２００２（１）：２１—２２．
度和高稳定度的波形产生芯片ＡＤ９８５０。
２硬件电路
２．１系统组成框图
本设计硬件部分主要由以下几个部分组成：（１）５ｌ单 片机作为主控制处理器，其主要任务是控制测量，获取数 据和量程转换；（２）ＡＤＣ模数转换器；（３）标准正弦波产生 芯片ＡＤ９８５０；（４）斩波自稳零式精密运放ＩＣＬ７６５０；（５） 高精度交流／有效值转换芯片ＡＤ６３７；（６）１６０２液晶模块 负责显示测量数据。系统框图如图１所示。 ２．２测量信号产生电路
此不能采用直流来产生测量信号，而只能采用交流信号。
在角频率为∞的交流信号的作用下，电容和电感获得的电
压分别为：
ｒ
Ｄｊ一—Ｌ＿
（２）
‘
Ｊ“凡々
ＵＩ—ｊｊ“ＪＬ。
（３）
式中：ｅ和Ｌ。为待测电容和电感。
标准元件的选择有许多种方法，但为了提高测量精度
和降低成本，本设计采用了标准电阻，它获得的电压为：
Ｄ＿兄一豫。
Ｈｉｇｈ。ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ａｎｄ
●
１
●
１
●
●
●
●
ｌｎｄＵＣｔａｎＣｅ ＤａＳｅｎ ０ｎ ＳｌｎｇｌｅＣｎｌｐ
Ｌｉｕ Ｊｕｎ Ｌｉ Ｚｈｉ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＤｅｐａｒｔＩＩｌｅｎｔ，Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅ１ｅｃｔｒｏｌｌｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４）
ＲＷ
ＲＳ
Ｅ
Ｄ０ Ｄ１
Ｄ２
＋５、
ＤＢ
ＶＤＤ
Ｄ４ 、０
Ⅸ
Ｄ６
ＶＳＳ
｝ １０ ｋＱ 可
ＬＴ 调 电
所
阻
图７单片机与１６０２液晶模块连接图
单片机Ｐ１口与１６０２液晶模块的数据口连接传输数 据，Ｐ２口分别控制ＲＳ、ＲＷ和使能端Ｅ。ＲＳ为寄存器选 择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。 Ｒｗ为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行 写操作。当ＲＳ和ＲＷ共同为低电平时可以写入指令或 者显示地址，当Ｒｓ为低电平Ｉ＜ｗ为高电平时可以读忙信 号，当ＲＳ为高电平ＲＷ为低电平时可以写入数据。Ｅ端 为使能端，当Ｅ端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执 行命令。Ｄｏ～Ｄ７为８位双向数据线。Ｖｏ为液晶显示器 对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比 度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一 个１０ ｋＱ的电位器调整对比度。
Ａｂｓｔ翰ｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｈｉｇｈ＿ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｄｏｐｔｅｄ ＡＤ９８５０ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ａ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｓｉｇｎａｌ，ｗ．ｈｉｃｈ ｐａｓｓｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｅｒｉｅｓ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａ— ｐａｃｉｔｙ ｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｏｒ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｅｄ ５１ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ ｔｏ ｃｏｎｔｒ０１ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｅ— ｓｕｌｔ，ｕｓｅｄ ｓｅｌｆ＿ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａｎｄ ｕｓｅｄ １６０２ ＬＣＤ ｔｏ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｔｉｍｅ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ｈｉｇｈ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｐａｃｉｔｏｒ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ；ｐＬＤ９８５０；１ ６０２ Ｌ，ＣＤ
ＡＤ９８５０芯片有并行加载和串行加载２种方式，图２ 所示是串行加载电路连接图。单片机只需要４根信号线 就可以对ＡＤ９８５０编程。ＤＡＴＡ＿ＩＮ是数据加载串行输
入线，ＦＱ．ＵＤ和Ⅵ∽ＬＫ是２根时钟控制线，控制Ｄ蝴ｒＡ—
ＩＮ引脚上数据输入的时序，ＲＥＳＥＴ是ＡＤ９８５０芯片的复 位线。在１２５ ＭＨｚ时钟下，输出正弦信号和脉冲信号的 频率范围为ｏ．２９１ Ｈｚ～４０ ＭＨｚ，可通过编程任Ｄ９８５０频率输出程序；（２）控 制测量程序，单片机控制测量程序不仅担负着量程的识别
美瓯杀
单片机控制ＡＤ采ｌ
ｌ单片机控制ＡＤ
集到电压值，讽用ｆ
ｆ采集到电压值，
电容汁算程序计ｌ
ｌ调用电感计算程
算出电容值
悼计算出电感值
ｉ调用
１６０２液晶模块显示 程序显示数值
图８程序框图
一豢攀饕； 蘩礤究与Ｒ发豢霉鬣彗赣瓣慧黉蒸鬣黎爨戮ｌ麟熬燃燃黼僦瓣燃黼
己口口７年巨月 第己５卷第５期
基于单片机的高精度电容电感测量仪
刘 军 李智 （桂林电子科技大学电子工程学院 桂林５４１００４）
摘要：本文介绍了一种基于单片机的高精度电容和电感测量仪器的设计。本设计采用ＤＩ）ｓ芯片ＡＤ９８５０产生高精度的正 弦波信号流经待测的电容或者电感和标准电阻的串连电路，通过测量电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计 算的方法推算出电容值或者电感值。本设计利用５１单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，采用１６０２ 液晶模块实时显示数值。实验测试结果表明，本设计性能稳定，测量精度高。 关键词：电容电感测量；电压比例法；ＡＤ９８５０；１６０２液晶模块 中图分类号：ＴＰ２１６ 文献标识码：Ａ
第２步，标定。输人信号为标准直流电压值Ｕ，开关
位置在１处。放大电路的输出值为Ｕｚ：
【，２一Ｇ×（Ｕｒ＋Ｓ）
（８）
第３步，测量。输人信号为待测信号Ｕ，由于是交流
电压，需要先经过ＡＤ６３７芯片，开关位置在２处。放大电
路的输出值为Ｕ３：
Ｕ３一Ｇ×（Ｕ，＋Ｓ）
（９）
由式（７）～（９）可以得到：
仉一（（Ｕ３一Ｕ１）／（Ｕ２一【，，））×Ｕ，
（１０）
从式（１０）可以看出，已消除放大器漂移变化带来的误
差影响。因此，在测量过程中，把ｕ。、Ｕ２、Ｕｒ和Ｕ。的值分
别存储于系统的内存中，利用式（１０）就可以实现自校准。
自校准实现了本仪器的高精度测量。
２．５ １６０２液晶模块显示电路
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄
轻巧等诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到
１测量原理
电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻
相比较的方法，其原理是在待测电阻Ｒ。与标准电阻Ｒ。的
串联电路中加一电流Ｉ，这样Ｒ和Ｒ。上将得到电压Ｕ
和Ｖ，，则测量电阻为：
Ｒ。一Ｒ，（ｙ。／Ｖ。）
（１）
本设计采用了与测量电阻相同的测量方法即电压比
例法来测量电容和电感。由于电容和电感属电抗元件，因
［１］陈尚松，雷加，郭庆．电子测量与仪器［Ｍ］．北京：电子工 业出版社，２００５．
［２］张培仁．基于ｃ语言编程Ｍｃ孓５１单片机原理与应用 ［Ｍ］．北京：清华出版社，２００３．
［３］顾正华，顾亚平，陈光．基于ＶｘＩ总线数字多用表模块硬 件设计［Ｊ］．中国测试技术，２００６，３２（４）：８７—８９，１４３．
４测量结果与分析 本仪器对一组电感、电容值进行了测量，并与Ａｇｉｌｅｎｔ
４２８４Ａ ＬＣＲ精密测量仪的测量结果进行了比对，结果如 表１和表２所示。表１、表２中的测量值是由本仪器测量 得到的结果；Ａｇｉｌｅｎｔ则是由Ａｇｉｌｅｎｔ ４２８４Ａ Ｉ￡Ｒ精密测 量仪测量得到的结果，并以其作为真值计算相对误差。
越来越广泛的应用。本设计中采用常用的２行１６个字的
１６０２液晶模块来显示电感和电容值。图７是１６０２液晶模
块与５１单片机的连接图。
图４测量电容时，魄与己厂Ｒ的相位关系
图５测量电容时，ＵＬ与Ｕｋ的相位关系 ２．４自校准电路
图６是消除设计中放大器增益和零漂变化对测量结 果影响的自校准原理图。
图６自校准电路
（４）
根据电压比例法，经过计算可得：
ｒｋ一—：ＵＲ瓦
（５）
作者简介：刘军，硕士研究生，主要研究方向为自动测试与控制系统。
一 万４８方一 数据
己口口７年巨月 第己巨卷第５期
Ｌ，一些
（６）
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山ｒ
式中：ＵＲ、％、％分别是氓、％、暖的模值。
由式（５）、（６）可见，为保证测量精度，必须保证电阻的