手持LCR数字电桥的设计与实现手持LCR数字电桥的设计与实现
TH2821手持式LCR数字电桥
TH2821手持式LCR数字电桥1、测量参数：电感L；电容C；电阻R；阻抗|Z|；损耗因子D和品质因数Q。
L-Q；C-D；R-Q；Z-QQ=12、清零校正功能：OPEN———扫频开路校正，SHORT——扫频短路校正。
3、显示方式。
直读——直接读数显示；。
△——绝对偏差显示；。
△%——百分比偏差显示。
4、量程保持功能。
在批量测试具有相同标称直元件时，该功能可有效提高测量速度。
5、分选功能：仪器提供四档分选功能——NG、P1；P2、P3。
6、等效方式：串联或并联等效方式结果输出。
7、数据保持：该功能能够将测试数据结果保持在屏幕上。
8、讯响模式可以设定为：NG、P1；P2、P3或关闭。
二、操作说明1、第一功能操作：a、参数设定：L-Q测量时显示“-”，则实际被测器件呈感性；L-Q测量时显示“-”，则实际被测器件呈容性。
理论上，R值恒为正，某些情况下，可能出现R为“-”的情况，这是由于过度的清“0”所产生的，请进行正确清“0”校正。
B、频率设定：安FREQ键将循环选择以下频率：100HZ；120HZ和1KHZ。
C、量程设定：该功能由三个按键构成：△▽和AUTO。
AUTO键在量程自动和保持间切换△▽改变量程号。
如果量程为自动模式，则同时进入量程保持状态。
注意：量程保持时，测试元件大小超出量程测量范围，或超出仪器显示范围也将显示过载标志“。
”D、数据保持按DH键选择屏幕数据保持，在按该键保持取消。
2、第二功能的操作A、扫频清零。
按SHIFT键选择第二功能。
屏幕上“SHIFT”点亮。
按CLEAR键进入清零功能。
屏幕上显示区域显示：CLEAR，副显示区域显示（OPEN、SHORT、QUIT）开路或短路还是退出，根据测试端状态仪器自动选择。
按ESC取消清零功能返回测试状态，按ENTER开始清零测试。
当清零测试过程中，PASS或FALL将显示在副显示区域。
清零中按ESC键可退出当前清零过程并返回测试状态。
原先清零数据不变。
lcr数字电桥
LCR数字电桥一、简介LCR数字电桥是一种用于测量电感（L）、电容（C）和电阻（R）的仪器。
它通过比较未知元件与标准元件的阻抗差异来确定未知元件的参数。
LCR数字电桥通常用于电子工程、通信工程和仪器仪表等领域。
二、工作原理LCR数字电桥的工作原理基于桥路平衡条件。
当桥路平衡时，输出为零，此时未知元件的参数可以通过已知标准元件的数值得到。
LCR数字电桥通过调节不同元件的数值来实现桥路平衡，进而得到未知元件的参数。
三、组成部分一个典型的LCR数字电桥包括以下几个主要组成部分： - 可调电阻：用于调节桥路的电阻值 - 未知元件端口：连接未知电感、电容或电阻的接口 - 标准元件端口：连接已知的标准电感、电容或电阻的接口 - 显示屏：显示测量结果的数值 - 控制面板：用于控制和调节测量参数的按钮和接口四、使用方法1.将未知元件和标准元件分别连接到未知元件端口和标准元件端口。
2.调节可调电阻的数值，直到显示屏显示为零。
3.读取显示屏上显示的数值，即可得到未知元件的参数。
五、应用领域LCR数字电桥在以下领域有着广泛的应用： 1. 电子工程：用于测量电路中元件的参数，如电感、电容和电阻。
2. 通信工程：用于测试通信设备中的各种元件的性能。
3. 仪器仪表：用于研发和生产各种仪器仪表设备中的元件。
结语通过以上内容的介绍，我们可以了解到LCR数字电桥在电子领域中的重要性和应用。
它为我们提供了一种准确快速测量电感、电容和电阻的手段，帮助我们进行更精确的电路设计和检测工作。
LCR数字电桥的发展将进一步推动电子科技的发展，为我们的生活和工作带来更多便利和可能。
lcr数字电桥测电阻原理
lcr数字电桥测电阻原理LCR数字电桥测电阻原理引言：在电学领域中，电阻是一个重要的基本元件。
测量电阻的方法有很多，其中之一就是使用LCR数字电桥。
LCR数字电桥是一种精确测量电阻值的仪器，本文将介绍LCR数字电桥测电阻的原理及其应用。
一、LCR数字电桥的基本原理LCR数字电桥是一种基于交流电桥原理的测量仪器。
它通过将待测电阻与已知电阻进行比较，从而测量出待测电阻的值。
LCR数字电桥的基本原理可以概括为以下几个步骤：1.1 建立电桥平衡条件在测量电阻之前，首先需要建立电桥平衡条件。
这一步是通过调节电桥上的其他元件（如电容、电感等）来实现的。
当电桥平衡时，电桥的两个待测端点之间的电势差为零。
1.2 测量电桥平衡时的电阻值在电桥平衡时，通过测量电桥上的已知电阻和待测电阻之间的电压差，可以得到待测电阻的值。
这一步是通过电桥上的检测仪器来完成的，其原理是将电桥平衡时的电压差转化为电阻值。
1.3 显示电阻值测量完成后，LCR数字电桥会将测得的电阻值显示在屏幕上。
这样，用户就可以直观地了解到待测电阻的数值。
二、LCR数字电桥的特点和优势LCR数字电桥相比于传统的模拟电桥具有以下几个特点和优势：2.1 数字化显示LCR数字电桥采用数字化显示，能够直观地呈现测量结果，减少了读数误差。
同时，数字化显示也方便了数据的存储和处理。
2.2 自动测量LCR数字电桥具有自动测量功能，能够自动调整电桥平衡，提高了测量的准确性和效率。
用户只需要简单设置待测电阻的范围和精度，仪器就能够自动完成测量过程。
2.3 多功能LCR数字电桥不仅可以测量电阻，还可以测量电容和电感等其他元件的数值。
这使得LCR数字电桥具有更广泛的应用领域。
2.4 精确度高LCR数字电桥采用了先进的测量技术和精密的电路设计，能够实现高精度的测量。
它的测量精度通常在0.1%以内，能够满足大多数实际测量需求。
三、LCR数字电桥的应用领域LCR数字电桥在科研、教育和工业生产等领域都有广泛的应用。
lcr数字电桥工作原理及使用方法_lcr数字电桥作用介绍
lcr数字电桥工作原理及使用方法_lcr数字电桥作用介绍lcr数字电桥工作原理及使用方法_lcr数字电桥作用介绍数字电桥的概念数字电桥就是能够测量电感，电容，电阻，阻抗的仪器，这是一个传统习惯的说法，最早的阻抗测量用的是真正的电桥方法，随着现代模拟和数字技术的发展，早已经淘汰了这种测量方法，但LCR电桥的叫法一直沿用至今。
如果是使用了微处理器的LCR 电桥则叫LCR数字电桥。
一般用户又称这些为：LCR测试仪、LCR 电桥、LCR表、LCRMeter等等。
LCR数字电桥的结构1. 测试夹：被测元件由此接入；2. 读数显示器：测量值由4 位7 段LED 显示器显示；3. 量程指示：显示被测量的单位（单位右侧的小方块为红色LED 指示灯）；4. 功能控制按键：测量控制按键由6 个功能键组成（每个按键内的小方块为红色LED 指示灯）；5. 电源输入插座；6. 电源开关。
lcr数字电桥工作原理数字电桥的测量对象为阻抗元件的参数，包括交流电阻R、电感L 及其品质因数Q，电容C及其损耗因数D。
因此，又常称数字电桥为数字式LCR测量仪。
其测量用频率自工频到约100千赫。
基本测量误差为0.02%，一般均在0.1%左右。
数字电桥原理如图所示。
图中DUT为被测件，其阻抗用Zx表示，Rr为标准电阻器。
切换开关可分别测出两者的电压Ux与Ur，于是有下式：此式为一相量关系式。
如使用相敏检波器（PSD）分别测出Ux和Ur对应于某一参考相量的同相量分量和正交分量，然后经模数转换（A/D）器将其转化为数字量，再由计算机进行复数运算，即可得到组成被测阻抗Zx的电阻值与电抗值。
平衡式电桥测试原理从图中的线路及工作原理可见，数字电桥只是继承了电桥传统的称呼。
实际上它已失去传。
一、手持式LCR数字电桥
一、手持式LCR数字电桥简要介绍：采用超低功耗设计和高密度SMD装配工艺，主副参数同时显示的带背光LCD 显示器，清新炫丽的一次成型双色外壳，操作功能简洁明了，测试信号频率最高100kHz，主参数40000字读数及损耗因子0.0001的分辨率，在任何场合可长时间实现对无源元件进行精确而便捷的测量。
提供USB接口通讯能力，可方便地与PC进行数据通讯和远程控制。
为满足用户不断增加的对SMD器件的测试需求，用户还可选择TH26009C和TH26029C两种SMD 四端开尔文测试钳，以平衡性能和价格的不同需求。
性能特点：■最高0.25%测量准确度■清新炫丽的双色铸塑外壳■100kHz最高测试信号频率（TH2822C）■主参数最大40000字读数，D/Q分辨率 0.0001■典型25mA电流的超低功耗■创新的五端测试插槽和三端香蕉插孔兼容配置■智能化的自动LCR选择功能■高达4次/秒的测试速度,快速的自动量程设计■恒定100 Ohm输出阻抗■百分比显示及1/5/10/20%四级容限比较模式 (TH2822无20%)■数据保持及最大/最小/平均值记录功能■实用的功能配置选择与工作状态保存能力■标配Mini-USB通讯接口, SCPI命令集■可自由下载的FastAccess PC通讯软件主要技术指标：配置清单：手持式LCR数字电桥、TH26028交流电源适配器、TH26004F两端测试线、TH26010B短路校准片、TH26027四端开尔文测试夹、TH26029C-SMD元件测试夹、Mini USB连接线。
二、混合信号示波器简介：提供高达200 MHz的带宽和1 GS/s 的采样率，以入门级价格提供了先进的调试功能。
它为分析模拟信号和数字信号提供了最多20 条通道，可以迅速找到和诊断复杂设计中的问题。
MSO/DPO2000B 在所有通道上标配1M点的深记录长度，可以捕获长信号活动窗口，同时保持精细的定时分辨率。
智能LCR数字电桥
智能LCR数字电桥
1.LCR数字电桥
LCR数字电桥（以下简称LCR）是电子行业中的一个重要仪器，用于测试电子元器件的电气特性及组件的性能特点。
LCR数字电桥是一种用于测量静电电容（以下简称Cerf），电感（以下简称LRF）和组件的电阻的仪器。
可以用于测量电容的容量，电感的感知值，及允许电流。
2.智能LCR数字电桥
随着技术的发展，智能LCR数字电桥不仅具有LCR测量仪器的基本功能，还具备了智能控制功能，使测量更加准确和便捷。
智能LCR 数字电桥的特点是，通过使用LCR测量技术，它可以具备快速、准确的测量效率，并可以同时测量多种类型的电子元器件。
此外，它还可以同时测量低和高频率电容和电阻等特性。
此外，智能LCR数字电桥还可以比较和存储数据，让用户可以进行实时、高效的分析。
此外，它还可以通过使用软件进行远程监测，从而提高工作效率。
3.智能LCR数字电桥的优缺点
智能LCR数字电桥将LCR测量仪器的基本功能和智能控制功能完美结合，具备快速、准确的测量效率，以及同时测量多种类型的电子元器件等优点，被广泛应用于电子行业。
但是智能LCR数字电桥也存在着一定的缺点，例如它在较低频率下测量电容和电阻时不能达到较高的准确度，并且由于它的智能化程度较低，价格相对较昂贵。
4.结论
智能LCR数字电桥是在LCR测量仪器的基础上添加智能控制功能的一种测试仪器，它以快速、准确的测量效率为主要特点，被电子行业广泛采用，它的缺点是在低频率的测量上可能会有准确度的问题，以及价格较贵的缺点。
LCR数字电桥
SHENZHEN LANGPU ELECTRONIC TECH.CO.,LTDAdd ：广东省深圳市福田区深南中路3037号南光捷佳大厦1402室TEL ：0755-8885160083980158839863008304741536947901FAX ：0755-8885051583047419E-mail:df@一．概述YD2810H 型LCR 数字电桥是常州扬子电子有限公司最新研制的产品，以微处理机技术为基础的自动测量电感量L、电容量C、等效电阻R、阻抗Z、损耗角正切值D、品质因数Q 的智能化元件参数测量仪器。
该仪器将实用的功能，良好的性能以及简便的操作融为一体。
可广泛用于工厂、院校等各类用户对元件参数进行精确测量。
本仪器采用先进的测量原理和五端测量技术，可以长期精确测量而无需专门调校。
为保证仪器的精确测量，可通过仪器的清“0”功能将由于测量夹所引起的杂散电容和引线电阻予以清除。
本仪器外观美观、大方、素雅，测量时的各种状态和参数均可以直接在面板上直接读出而不会发生混淆。
二.仪器技术指标2.1测量参数电感L、电容C、电阻R、品质因数Q、损耗正切值D、阻抗Z。
2.2测量频率YD2810H：100Hz、120Hz、1kHz、10kHz±2%2.3显示范围参数频率显示范围L100Hz、120Hz1uH~10999H 1kHz 0.1uH~10999H 10kHz 0.01uH~99.99H C100Hz、120Hz1pF~10999uF 1kHz 0.1pF~10999uF 10kHz0.01pF~10999uF R 0.001Ω~39.999MΩD0.0000~9999Add ：广东省深圳市福田区深南中路3037号南光捷佳大厦1402室TEL ：0755-8885160083980158839863008304741536947901FAX ：0755-8885051583047419E-mail:2.4测量精度参数频率测量精度L100Hz、120Hz ±[1uH+0.25%(1+L/200H+2mH/L)](1+1/Q)1kHz ±[0.1uH+0.25%(1+L/200H+0.2mH/L)](1+1/Q)10kHz ±[0.01uH+0.5%(1+L/10H+0.04mH/L)](1+1/Q)C100Hz、120Hz ±[1pF+0.25%(1+1000pF/Cx+Cx/1000uF)](1+Dx)1kHz ±[0.1pF+0.25%(1+100pF/Cx+Cx/100uF)](1+Dx)10kHz±[0.01pF+0.5%(1+20pF/Cx+Cx/4uF)](1+Dx)R ±[1mΩ+0.25%(1+R/2MΩ+2Ω/R)](1+Q)D100Hz、1kHz ±[0.020+0.15(Qx+1/Qx)%]10kHz±[0.020+0.2(Qx+1/Qx)%]Q100Hz、1kHz ±0.0010(1+Dx 2)10kHz±0.0015(1+Dx 2)2.5测量信号电平：0.3V±10%2.6测量速度：慢速：8次/秒、快速：20次/秒2.7量程方式：自动、锁定2.8内阻：30Ω2.9清零方式：开路、短路扫频清零2.10湿度：≤85%RH 2.11电源电压电压：AC 198V~242V频率：50Hz±5%功耗：<30W 5.18体积和重量SHENZHEN LANGPU ELECTRONIC TECH.CO.,LTD 外形尺寸：290mm*275mm*110mm重量：约3kg三.一般操作说明153.1仪器前面板介绍（1）液晶屏显示（2）测量端HD、HS、LS、LD为测量信号端。
lcr数字电桥测电阻原理
lcr数字电桥测电阻原理LCR数字电桥测电阻原理概述：LCR数字电桥是一种常用的电子测试仪器，用于测量电感、电容和电阻的数值。
其中，测量电阻是其最基本的功能之一。
本文将详细介绍LCR数字电桥测电阻的原理及其工作过程。
一、LCR数字电桥的组成LCR数字电桥由一个电源、一个可变电阻和一个测量电阻的电路组成。
其中，电源提供稳定的电压源，可变电阻用于调节电流大小，测量电阻则是待测电阻。
二、LCR数字电桥测电阻的原理LCR数字电桥测电阻的原理基于电桥平衡条件。
当电桥平衡时，电桥两边电势相等，此时可根据电桥的平衡条件来测量未知电阻的数值。
具体步骤如下：1. 将待测电阻与已知电阻R1连接成电桥电路，通过调节可变电阻使电桥平衡。
2. 在电桥平衡时，测量电桥两端的电压值U1和U2。
3. 根据电桥平衡条件，即R1/Rx = U1/U2，可以计算出待测电阻Rx 的数值。
三、LCR数字电桥测电阻的工作过程1. 首先，将待测电阻与已知电阻R1连接成电桥电路。
2. 调节可变电阻，使电桥达到平衡状态。
3. 通过测量电桥两端的电压值，计算待测电阻的数值。
4. LCR数字电桥通常配备了显示屏，可以直接显示待测电阻的数值。
四、LCR数字电桥测电阻的优势1. 测量精度高：LCR数字电桥采用数字化处理技术，可以提供高精度的测量结果。
2. 测量速度快：电桥平衡时间短，测量速度较快。
3. 操作简便：LCR数字电桥使用方便，只需连接电路并调节可变电阻即可完成测量。
4. 自动化程度高：LCR数字电桥配备了显示屏，可以直接显示测量结果，方便读取和记录。
五、LCR数字电桥测电阻的应用领域LCR数字电桥广泛应用于电子、通信、仪器仪表等领域。
在电子元器件测试中，常用于测量电阻的数值，以验证元器件的质量和性能。
六、总结LCR数字电桥是一种常用的电子测试仪器，用于测量电感、电容和电阻的数值。
其中，测量电阻是其最基本的功能之一。
通过电桥平衡条件，LCR数字电桥可以准确测量待测电阻的数值。
LCR手持电桥用户说明书V1.0.2
LCR 手持电桥用户说明书V1.0.2目录安全事项 (1)安全指南 (1)安全符号 (1)概况 (3)第1章前面板概览 (4)1.1 前面板 (4)1.2 用户界面 (5)1.2.1 测量界面 (5)12.2 系统设置界面 (6)1.3 测试端口 (6)第2章操作指南 (7)2.1 开关机 (7)2.2 测试参数 (7)2.2.1 测试频率 (7)2.2.2 测试电平 (7)2.2.3 测试量程 (7)2.2.4 测试速度 (8)2.2.5 主参数选择 (8)2.2.6 副参数选择 (8)2.2.7 容差方式标称值设置 (8)2.2.8 等效方式选择 (9)2.3 相对模式 (9)2.4 读数保持模式(HOLD) (9)2.5 数据记录功能 (9)2.6 校正功能 (9)2.7 固件升级 (10)第3章快速应用指南 (12)3.1 电阻测量 (12)3.2 电容测量 (13)3.3 电感测量 (14)3.4 阻抗测量 (14)第4章远程通讯 (15)4.1 仪器连接电脑 (15)4.2 指令参考 (17)4.2.1 公用指令 (17)4.2.2子系统指令 (17)第5章仪器参数 (19)5.1 通用参数 (19)5.2 精度指标 (19)第6章维护 (24)6.1 检修 (24)6.2 清洁 (24)附件 (24)安全事项仔细阅读下列安全性预防措施，以避免受伤，并防止损坏本产品或与本产品连接的任何产品为避免可能的危险，请务必按照规定使用本产品。
⚫只有专业授权人员才能执行维修。
⚫请勿开盖操作。
外盖或面板打开时请勿运行本产品。
⚫怀疑产品出现故障时，请勿进行操作。
如果您怀疑此产品已被损坏，可请合格的维修人员进行检查。
⚫请勿在潮湿环境下操作。
⚫请勿在易燃易爆的环境下操作。
⚫请保持产品表面的清洁和干燥。
⚫安全警告：涉及安全及人身伤害，或损坏产品，造成测试不良的操作使用或环境条件，在手册会有相关申明，应严格遵守。
TH2821B 手持式LCR数字电桥 说明书
简体中文2月, 2006第1版修订1.0.0 ©2002-2006 常州市同惠电子有限公司保留所有权利目录目录 (2)如何与我们联系 (3)开箱检查 (4)注意事项 (5)保修 (6)1.第一章概述 (7)一概述 (7)二主要功能 (7)三技术指标 (9)四环境要求 (11)2.第二章面板说明 (13)一 LCD屏说明 (13)二按键说明 (15)3.第三章操作说明 (16)一开机 (16)二操作说明 (17)附录 (26)如何与我们联系通讯地址：常州市同惠电子有限公司江苏省常州市新区天山路3号电话：0086-5132222,5113342,5109592传真：0519-*******或访问我们的网站： 及发送邮件到：sales@开箱检查检查产品的外观是否有破损、刮伤等。
包装箱的内容如下所述。
如果内容不符或者仪器有损坏，请与本公司或最近的销售服务处联系。
附件：TH26028 DC 电源适配器 1TH26027 4端开尔文测试电缆 11604A 9V电池 1使用说明书 1选件：TH26029 SMD元件测试夹具注意事项z本仪器只能在室内使用。
z更换电池，切换电池或DC电源适配器时必须．．将仪器电源关闭。
z尽管仪器对冲击进行了保护，直流电压或电流仍然会损坏TH2821B。
在测试电容器前必须．．对电容完全放电。
z超过三个月不用仪器，请将电池取出。
z使用单节9V电池供电。
电池电压小于6V时，仪器将不能正常工作。
z建议使用AC-DC 12V外接电源适配器供电。
z为了确保测量准确度，更换测试夹具后建议重新进行清零操作。
z仪表中有要求输入密码的保留功能选项，普通用户不允许使用。
保修仪器自发货之日起保修期为两年。
在保修期内本公司根据情况选择对故障仪器进行维修或更换。
保修仪器必须发送到本公司或由本公司指定的维修点进行维修。
下列情况不在保修范围：使用者操作或维护不当；使用用户自己提供的软件或接口；未经许可对仪器进行修改；使用环境不符合要求造成仪器损坏。
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手持LCR 数字电桥的设计与实现裴慧卿1，张秋实2，宋超1，高金山1（1、北京交通大学 100044 北京；2、华北科技学院 101601 北京）摘要：在电子器件测量仪器设计中，基于微处理器的手持式LCR 数字电桥，操作简便，测量精度高，应用范围广泛。
本文介绍基于MSP430F449微控制器的手持式LCR 数字电桥的设计与实现。
使用的FPGA 技术，使硬件结构更紧凑。
实现了自动选择测量量程以及自动分选等功能。
电桥的测量范围R ：0~999.9M Ω；L ：0.1uH~9999H ，C ：0.1nF~9999F ，测量精度：0.5%。
电池电压:：9v ，电流：60mA 。
关键词：MSP430；LCR 测量仪；电子测量；FPGA中图法分类号：TP216 文献表示码：AThe design of handhold LCR meterPEI Hui-qing 1,ZHANG Qiu-shi 2,SONG Chao 1,Gao Jin-shan 1(1.Dept of Computer and Information Technology, Beijing JiaotongUniversity,Beijing,100044;2.Dept of Mechanical and Electronic Engineering, North ChinaInstitute of Science and Technology,Beijing, 101601)Abstract : In the parameter measuring instruments, since the handhold LCR meter based on the microprocessor has the advantages of simple operation, high precision, strong stability etc., it gets wide application. This thesis implements a handhold LCR meter based on microprocessor MSP430F449. The circuit developed is simple and compact because the FPGA technique is used. The device can change the standard resistances automatically during the measurement and can classify the parameters automatically. The limit setup range is that: R:0~999.9M Ω；L: 0.1uH~9999H, C: 0.1nF~9999F, the accuracy of the meter is 0.5%, the power supply is 9V and the current consumption is 60mA.Key words : MSP430; LCR meter; Electronic Measurement; FPGA.在电子设备设计维修中涉及电子元件的测量，对于电阻、电容和电感的精密测量一般采用电桥设备。
现有电桥有台式、便携式和手持式等。
台式电桥精度可达0.05%，但携带不方便，耗电高，对测量环境的要求较高。
本文设计了一种基于MSP430F449的低功耗手持LCR 测量仪，以下对设计中的关键问题进行分析。
1、测量原理电桥采用半桥测量电路。
测量原理如图1所示。
图1 半桥电路 图2 自由轴法原理 自由轴法中坐标系的取向不固定，利用微处理控制任意旋转。
这种方法不必限定坐标轴的方向在分母向量的方向，从而可避免同向误差。
向量除法运算与选定的坐标轴方向无关，可任意建立一个直角坐标系，如图2。
.U x ，.U s 分别代表被测参数两端的向量电压和标准电阻两端的向量电压，a、b、c、d 分别是这两个向量在坐标轴上的投影值大小。
两个向量可以表示为..U ,U x s c jd a jb =+=+，从而向量比..U /U ()/()x s c jd a jb X jY =++=+，式中22()/()X ac bd a b =++，22()/()Y ad bc a b =−+。
坐标轴方向一旦选定就在整个测量周期内保持不变，X 轴和Y 轴必须严格垂直，参考信号电压可以不和任何一个被测电压的方向相同，但应和被测电压之一保持固定的相位关系，比如相差α，并且在整个测量过程中保持不变。
这样依次测出向量电压的四个投影分量，就可以根据上式计算出向量比的值。
当测量阻抗x Z 时：..(U /U )()x s x s s Z R R X jY =−=−+；对于电容器，1/x x x Z R j C ω=+，1()x s C R Y ω−=，1x D XY−=； 对于电感，x x x Z R j L ω=+，1x s L R Y ω−=−，1x Q YX −=；θ为.U x 与参考电压的夹角tan /c d θ=，所以arctan(/)c d θ=。
在自由轴法测量中，由于精确的正交坐标系主要靠硬件来产生和保证，而参考轴的夹角α需要考软件来保证，所以硬件电路大大简化，消除了固定轴法难于克服的同相误差的缺点，提高了精度。
除了可以得到参数L、C、R 以外，还可以方便的计算出其他多种辅助变量相角θ、损耗因子D、品质因数Q。
2、系统结构设计系统主要包括以下几个模块：微处理器控制电路，FPGA 分频模块、LCD 显示模块、按键控制模块、串口RS232模块。
FPGA 模块产生测量所需的四个频率以及A/D 转换器所需的工作频率；由键盘模块控制整个系统的操作，最后将测量结果显示在LCD 显示器上，串口模块实现与PC 机的交互。
3、系统结构设计说明微控制器选择了MSP430F449，这款芯片具有多达64KB 的Flash 程序空间和2KB 的RAM，6个8位的I／O 端口以及两个16位定时器，449在8MHz 时钟驱动下指令周期可达125ns，可以满足本系统复杂控制和低功耗的需要。
3.1 测试频率产生 高精度测量频率（100hz，120hz，1khz，10khz）由FPGA 芯片EPM3064ATC44-10分频实现。
FPGA 为A/D 变换器提供500Khz 和600Khz 工作频率抑制50Hz 或60Hz 工频干扰信号。
三级二阶滤波电路将方波转化为的正弦波。
3.2 相敏检波电路相敏检波电路的参考信号微处理器MSP430F449控制的自由轴坐标发生器提供。
相敏检波电路的输出是待测的被测阻抗和标准电阻上的电压信号.U x 和.U s 在坐标轴方向上的投影。
相敏检波电路通过开关控制双积分式A/D 转换器的充电和放电。
两个开关的闭合与断开的时间是测量信号的半个周期，其相位相差90度。
积分器在采样时间内输出电压的大小（除去所加的直流电压）就对应被测电压在坐标轴上的投影值。
积分结束后积分器输入连接到反极性参考电压，进行反向积分直到输出为0，A/D 变换周期结束，从而得到被测电压在坐标轴上的投影值，将向量运算转化为除法运算[5]。
3.3 A/D 转换器系统选择ICL7135双积分式A/D 转换器，它的分辨率相当于14位二进制数，转换误差为±1LSB，转换输出为0~19999。
图3 ICL7135外部连接图ICL7135所需的参考电压为量程的一半，系统中的参考电压为1V。
参考电压上并联的CBB 电容12C （1µF）以及9R 等电阻主要是保证参考电压的稳定性。
基准电容12C 应该使结点对地的寄生电容可以被忽略。
按照ICL7135的应用特性，积分电阻与量程有关，应选择精密电阻，大小应为：18int I R =满量程电压值/。
式中的int I 为积分电容充电电流。
系统中的满量程电压为2V，因此18R 选择100K 电阻。
积分电容计算公式为1clk int C=10000(f I )/−×积分器输出的电压摆动幅值。
ICL7135采用CMOS 工艺，所以积分器输出电压的摆动幅值为4V，所以该电容值为0.025uF。
考虑到系统可靠性，采用0.47µF 的积分电容。
8C 100020A T/µ=××积分器输出摆幅，式中1clk T=f −。
clk f 为ICL7135的时钟频率，这里实际值为500k、600k。
此时ICL7135的转换速率为3次/s。
在±5V 系统中，如果模拟地为0V，则摆幅为±4V，此时量程为 –2V~ +2V，则3R =100k Ω，8C =0.47µF。
积分电容选用聚丙烯电容器或者聚碳酸酯电容器。
自动调零电容19C 的大小也会产生噪声影响，这里选用1uF 电容减少系统噪声。
3.4 电平转换电路MSP430系列典型工作电压是3.3V，但除了控制器本身还有很多外围的模块和芯片，如AD 转换器ICL7135、74系列芯片等工作电压都是5V。
因此就存在如何将3.3V 的MSP430与5V 芯片模块连接的问题。
系统中同时采用两种方法解决此问题。
选用的EPM3064为MAX3000A 系列的芯片可工作在3.3V 和5V 混合电压系统中。
另外一个方法是采用TI 的SN74ALVC4245双电压供电的双向驱动器芯片实现电平转换。
3.5 LCD 显示驱动电路MSP430的LCD 控制器采用4-MUX 液晶显示。
LCD 电压依靠外部梯形电阻网络产生，外部电阻网络如图4。
不管要驱动的像素数目有多少，总能使激励电流保持恒定不变。
系统所选用的LCD 是STN 型液晶显示器。
图4 LCD 外部梯形电阻网络系统ACLK 为32768Hz，LCD 频率由是ACLK 分频产生， LCD 频率依赖于LCD 液晶显示器帧频率以及LCD 的MUX 数，计算公式为：LCD frame f 2mux f =×× 系统中的LCD 帧频率为75hz，所以选择LCD f ACLK/64=。
控制器输出的压应控制在3.3V（±0.1V，0.2V）左右。
4、软件设计上电后系统初始化，读取Flash 中存放的测量数据并显示在LCD 上。
接下来启动测量过程。
A/D 转换结果由极性和数据组成。
转换后的数字信号为D1、D2、D3、D4及D5，其中D5（万位）只能是1或0，其他几位为BCD 码。
当7135完成1次转换后，产生5个连续的STR 低电平，D5到D1依次输出高电平，将各位BCD 码和标志位送入MSP430GPIO 口。