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1、 2010届毕业设计（论文）材 料 系 、 部： 电气与信息工程系学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信0701 学 号： 2010年5月2010届毕业设计课题任务书系： 电气与信息工程系 专业： 电子信息工程 指导教师学生姓名课题名称R、L、C测量仪设计内容及任务自主设计一种RLC测量仪，能精确测量R、L、C的性能参数。拟达到的要求或技术指标1.设计并制作一智能化R、L、C测试仪。测量范围：电容100pF10000pF。测量精度：5%；并制作6位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。2 电感：1mH100mH。测量精度：5%；并制作6
2、位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。3 电阻： 1001M测量精度：5%；并制作6位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。进度安排起止日期工作内容备注2009.12.302010.1.12选择课题，寻找相关资料2010.1.142010.217于先锋实习，写实习日记与读书笔记。并查阅相关资料和教材。2010.2.222010.3 于先锋实习。写实习日记与读书笔记。2010.3.12010.3.10毕业实习、设计调研。2010.3.122010.3.23总体设计2010.3.242010.4.9软件的设计2010.4.122010.4.26系统的调试2010.
3、4.272010.5.5毕业设计说明书的整理2010.5.72010.5.20总结、准备毕业答辩主要参考资料1 高吉祥.模拟电子技术. 北京：电子工业出版社，2004年2 高吉祥，黄智伟，丁文霞.数字电子技术. 北京：电子工业出版社，2003年3 全国大学生电子设计竞赛组委会.第一届（1994年）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目.2003.124 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（1999）.北京：北京理工大学出版社，2000年5 单片机C语言的应用程序设计教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日湖南工学院2010届毕业设计指导教师评阅表系：
4、 电气与信息工程系 学生姓名学 号402070101班 级电信0701专 业电子信息工程指导教师姓名课题名称R、L、C测量仪设计评语：是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院2010 届毕业设计答辩及最终成绩评 定 表系（公章）： 学生姓名李文兰学号402070101班级电信0701答辩日期课题名称R、L、C测量仪设计指导教师伍麟珺成 绩 评 定分值评 定小计教师1教师2教师3教师4教师5课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清
5、楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 60最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b，两个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。 2010届毕业设计说明书 R、L、C测量仪设计系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲 师 专 业： 电子信息工程 班 级： 电信0701 完成时间： 2010年5月21日 摘 要随着科技的不断发展，人类的不断进步，在电子技术领域的发展可谓突飞猛进
6、，然而电容器在电子线路中得到广泛的应用，它的容量大小对电路的性能有着重要的作用。因此，电容量的测量在日常使用中就不可避免。而目前电容量的测量仪器电容测量仪的应用越来越广泛，电容测量仪在国内外的发展水平越来越高，而目前，电容测量仪的应用现状是：品种多样，技术含量高。如：YD2612A/12B电容测量仪，它有着良好的测试稳定性，抗冲击能力强。如：TH2615系列电容测量仪，它是一种易操作、智能化的电容测量仪，仪器价格低，测试速度快。如：多频HF2617电容测量仪，它的可靠性稳定性强，测量显示直观，适用性好。本系统设计主要采用555集成定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器等电路把被测电容的电容量转换成
7、电压量，再把电压量通过CC7107AD转换器把电压量转换成数字量并显示，从而实现电容测量。 我们有理由相信，随着科技的不断发展，在电子技术领域里，电容量的测量仪器电容测量仪将得到越来越广泛的应用；电容测量仪也将向着更合理，更科学，更适用的方向不断向前发展！本文主要侧重于把R、L、C转换成频率信号f，转换的原理分别是RC振荡电路和LC电容三点式振荡电路。单片机计数得出被测频率，由该频率计算出各个参数值，数据处理后，送显示。关 键 词：RC振荡电路、 LC电容三点式、 单片机AbstractWith the continuous development of science and technol
8、ogy, human progress in the field of electronic technology development is rapid, However capacitors in electronic circuits were widely used, its capacity size of the circuit performance plays an important role. And the current capacity gauges - capacitance measuring instrument widely used, Capacitanc
9、e measurement instrument in the development of domestic and international high level ever, and the current, capacitance measurement instrument of the status quo : The types and high technological content. Such as : YD2612A/12B capacitance measurement device, it has good test stability, strong impact
10、. Such as : TH2615 series capacitance measuring instrument, it is a simple operation, and high-capacitance measurement instrument, Low prices equipment, testing speed. Such as : HF2617 multi-frequency capacitance measurement instrument, and its reliability is stable measurements revealed intuitive,
11、good applicability. The main system design using 555 timers Multivibrator. monostable multivibrator circuit put the measured capacity capacitor voltage conversion volume, then the volume passed CC7107-AD voltage converter voltage conversion put into digital and showed that achieve capacitance measur
12、ement. We have reason to believe that with the continuous development of science and technology in electronic technology fields. capacity gauges - capacitance measuring instrument will be used extensively; Capacitance measurement instrument will be toward more reasonable, more scientific and more ap
13、plicable to the forward direction of development.sing, send your display. This article focuses on the R, L, C converted into frequency signal f, the principle of conversion were RC oscillator and LC capacitance three-point oscillator circuit. MCU the measured frequency count obtained from the freque
14、ncies of the various parameters, data procesKey words: RC surging circuit LC surging circuit. Single-Chip Microcomputer目 录课题研究的背景 10第一章系统设计 111.1设计要求 111.1.1设计任务 111.2 选择总体方案 111.3 方案比较 121.4 方案论证 12第二章 主要电路设计与说明152.1 TS556芯片简介 152.1.1 芯片的引脚 152.1.2 芯片工作原理 152.2 测Cx的RC振荡电路 172.2.1 556构成多谐振荡器182.2.2
15、测电阻电路 182.3 测Cx的振荡电路 192.4 测Lx的电容三点式电路20第三章 软件设计22第四章 系统仿真234.1 系统仿真图234.2 仿真结果23第五章 系统测试.255.1 测试仪器255.2 指标测试及误差分析255.2.1电阻的测量255.2.2 电容的测量 265.2.3 电感的测量 26第六章 总结28第七章 致谢.29 参考文献 30附录一 元件清单31附录二 程序清单31附录三 电路原理图35附录四 印制电路板37课题研究的背景目前电容量的测量仪器电容测量仪的应用越来越广泛，电容测量仪在国内外的发展水平越来越高，而目前，电容测量仪的应用现状是：品种多样，技术含量高
16、。有的具有良好的测试稳定性，抗冲击能力强如：YD2612A/12B；如：多频HF2613电容测量仪，它的最高频率1MHz，适用小电容，晶体管结电容的测量，能自行诊断故障功能。等等，很多很多品种多样，功能齐全的电容测量仪都涌现出来。随着科技的不断发展，在电子技术领域里，电容量的测量仪器电容测量仪将得到越来越广泛的应用；电容测量仪也将向着更合理，更科学，更适用的方向不断向前发展！我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性，而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点，以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。 （1）标称电容量（ C R ）。电容器产品标出的电容量值
17、。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低（大约在 5000pF 以下）；纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中（大约在 0.005uF1.0uF ）；通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。 （2）类别温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于它相应类别的温度极限值，如上限类别温度、下限类别温度、额定温度（可以连续施加额定电压的最高环境温度）等。 （3）额定电压（ U R ）。在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场和时，必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质 / 电极层之
18、间存在空隙而产生的，它除了可以产生损坏设备的寄生信号外，还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下，电晕特别容易发生。对于所有的电容器，在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。 （4）损耗角正切（ tg ）。在规定频率的正弦电压下，电容器的损耗功率除以电容器的无功功率为损耗角正切。在实际应用中，电容器并不是一个纯电容，其内部还有等效电阻，它的简化等效电路如附图所示。对于电子设备来说，要求 R S 愈小愈好，也就是说要求损耗功率小，其与电容的功率的夹角要小。 第一章 系统设计11设计要求1.1.1 设计任务1. 设计并制作一智能化RLC测试仪。测量范围：电容100pF1
19、0000pF。测量精度：5%；并制作6位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。2. 电感：1mH100mH。测量精度：5%；并制作6位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。3. 电阻： 1001M测量精度：5%；并制作6位数码管显示器，显示测量数值，指示所测元件的类型和单位。12选择总体方案方案一：如果三角波输入给以被测电容器作为微分电容的微分电路，在电路参数选择适当的条件下，微分电路的输出幅度与Cx成正比，再经峰值检测电路或精密整流及滤波电路，可以得到与Cx成正比的直流电压Ux ，然后再进行A/D转换送给数字显示器，便可实现所要求的函数关系。（电路如图11所示
20、）设三角波函数式为 UI=K（0 1） (1-1) UI=K（2） （1-2)因为所以 （0 1） (1-3) （Vcc时，Vo为 “0”电平，处于复位状态；而当置位触发端的电位，即VSVcc时，下比较器B的输出为“1”，RS触发器置位，输出端Vo为“1”电平。即当VSVcc时，Vo为 “1”电平，处于置位状态。可见，该TS556的等效功能框图相当一个置位复位触发器。在RS触发器内，还设置了一个强制复位端，即不管阈值端R和置位触发端处于何种电平，只要使=“0”，则RS触发器的输出必为“1”，从而使输出Vo为“0”电平。从芯片的等效功能方框图得出各功能端的真值表，(如表2.1.1)所示。表2.1
21、.1 556芯片各功能端的真值表（强制复位）（置位触发）R（复位触发）Vo（输出）001011110110保持原电平注：“0” 电平Vcc“1” 电平 Vcc“”表示任意电平22 测的RC振荡电路221 556构成多谐振荡器在电路中采用RC振荡电路来测量电阻R、电容C的值，用556时基电路构成RC振荡器。如图2.2.1（a）所示，将555与三个阻、容元件如图连接，便构成无稳态多谐振荡模式。图2.2.1（a） 电路图图2.2.1（b） 波形图当加上电压时，由于上端电压不能突变，故556处于置位状态，输出端（5/9）呈高电平“1”，而内部的放电COMS管截止，通过和对其充电，6/8脚电位随上端电压
22、的升高呈指数上升，波形如图2.2.1（b）所示。当上的电压随时间增加，达到Vcc阈值电平（2/12脚）时，上比较器A翻转，使RS触发器置位，经缓冲级倒相，输出呈低电平“0”。此时，放电管饱和导通，上的电荷经至放电管放电。当放电使其电压降至Vcc触发电平（6/8脚）时，下比较器B翻转，使RS触发器复位，经缓冲级倒相，输出呈高电平“1”。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。由上面对多谐振荡过程的分析不难看出，输出脉冲的持续时间就是上的电压从Vcc充电到Vcc所需的时间，故两端电压的变化规律为设，则上式简化为从上式中求得一般简写为电路间歇期就是两端电压从Vcc充电到Vcc所需的时间，即从上式中求得
23、，并设，则一般简写为那么电路的振荡周期为振荡频率，即输出振荡波形的占空比为从上面的公式推导，可以得出（1）振荡周期与电源电压无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即仅、的值有关。（2）振荡波的占空比与的大小无关，而仅与、的大小比值有关。222 测电阻电路图2.2.2是一个由556时基电路构成的多谐振荡电路，由该电路可以测出量程在1001M的电阻。该电路的振荡周期为其中为输出高电平的时间，为输出低电平的时间。则：为了使振荡频率保持在这一段单片机计数的高精度范围内，需选择合适的C和R的值。选择R1=10K，C2=0.1uF.RC振荡的稳定度可达10-3，单片机测频率最多误差一个脉冲，所以用单片机测
24、频率引起的误差在百分之一以下。图2.2.2 测量电阻的电路23 测的RC振荡电路测量电容的振荡电路与测量电阻的振荡电路完全一样。其电路图如图2.3.1所示。若R56=R31=10K，则其分析过程如测量电阻的方法一样，这里就不在赘述了。图2.3.1 测量电容的电路24 测的电容三点式振荡电路电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的，如图2.4.1所示。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。在这个电容三点式振荡电路中，C4 C5分别采用1000pF、2200pF的
25、独石电容，其电容值远大于晶体管极间电容，可以把极间电容忽略。振荡公式：，其中 则电感的感抗为图2.4.1 测量电感的电路第三章 软件设计在开始工作的时候，初始化系统，LED显示0000。本系统软件设计的主流程图如图3.1所示。对系统初始化之后，判断是否有按键按下。以测电阻为例，测量的电阻经RC振荡电路转换为频率f，根据测电阻的换算公式，利用单片机软件编程，测量出其阻值并送显示。如果量程不够大，按下量程转换键转换为大量程，进行测量。图3.1 软件设计的主流程图第四章 系统仿真4.1 系统仿真图仿真图如图4.1所示：图4.1 测电容原理图此图中C2为被测电容4.2仿真结果仿真结果如表4.1序号标值
26、读数相对误差1100 pF100 pF02500 pF503 pF0.00631000 pF1014 pF0.01442000 pF2003 pF0.001554000 pF4007 pF0.0017566000 pF6011 pF0.0018378000 pF8014 pF0.00175810000 pF10031 pF0.0018表4.1 仿真结果第五章 系统测试51测试仪器测试仪器如下表5.1.1。表5.1.1序号名称、型号、规格数量备注1DT9205A数字万用表（3位半）152指标测试及误差分析5.2.1 电阻的测量电阻的一组测量数据如下表5.2.1所示：表5.2.1电阻标值万用表读数
27、本仪表读数相对误差3303253172.462.4 K2.36 K2.32 K1.6947 K47.3 K46.8 K1.05100K97.9 K96 K1.94220 K217 K213 K1.841M0.993 M0.965 M2.81误差分析：相对误差计算公式 从上面的一组数据上来看，在测量低于1 K阻值和接近1M阻值的电阻时，相对误差会大一些。造成这个现象的主要原因是在设计中采用的CD4066（四路模拟开关）的内阻较大，经测量其内阻达到了180左右，这样在测量电阻值小的电阻时，它的内阻就不能忽略，造成测量误差的增大。5.2.2 电容的测量电容的一组测量数据如下表4.2.2所示：表4.2
28、.2电容标值万用表读数本仪表读数相对误差%33nF28.3nf28.8nF1.76100nf101.4nf99.0nf2.36680nF621nF585nf5.7930Pf31pF29pF6.45误差分析： 相对误差计算公式 能性原因：一是万用表本身存在着一定误差，二是元件本身也存在一定误差。受所用仪器，元期间的限制，测量精度并没有做的很高。从上面的数据可以看出，电容的标称值与用万用表测出的容值有较大的误差，其可注意：由于建立RC稳定振荡的时间较长，在测量电阻和电容时，应在显示稳定后再读出数值。5.2.3 电感的测量电感的一组测量数据如下表5.2.3所示：表5.2.3电感标值本仪表读数22mH
29、25mH1mH0.9mH第六章 总 结本设计完成题目所给的设计任务，制作了一台数字显示的电阻器、电容器和电感器参数测试仪，满足题目的基本要求和一部分发挥要求。运用单片机作为中央控制器和计算核心，使仪表有性能可靠、体积小、电路简单的特点。但是这种把元件参数转换成频率后测量的方法也有不足之处，主要是必须保证电路起振，并且振荡要稳定，否则会增加误差。总体来说，本次设计是成功的。 这次的论文设计，初稿的完成，到完善。整个过程当中，老师和同学们一直在给我指导鼓励、加油。尤其是单片机控制系统这一块，他们给我的帮助无疑是非常巨大的。正是由于他们的不断给我的帮助。整个设计到仿真才获得了圆满的成功。到后来初稿出
30、炉时，又经过伍老师的进一步提点。论文终于得以完成。在此，学生真心的谢谢你们！第七章 致 谢时光如白驹过隙。一晃便是三年。如今，再不足月余就要转身离开。回望这三年来走过的，崎崎岖岖，沟沟坎坎，却也经历着事事非凡，段段传奇。 我怀念过去的我们，怀念我们留在湖工的三年年岁，怀念你们的一阵阵微笑激荡起来的风，夹杂着悲伤快乐和一去不再回头的昨天。浩浩荡荡的穿越着我们单薄的青春。明亮、伤感、幸福、无穷无尽！我怀念各位尊敬的老师。古语云“师者，父母也”。而今，学生福泽厚缘，有幸得遇各位恩师。老师的谆谆教诲、循循善诱。让原本迷失在十字路口的学生，找回了所有前进的方向。三年来，在老师的教诲下，学生得以成长、学会
31、稳重、收获睿智、获得宽容、拥有诚信。而这些都是学生梦寐以求的东西。今天，学生都可以有了。老师，谢谢你们，真的谢谢你们。再过几天，学生就得离开这所给了我梦想的伊甸园。学生真的舍不得离开这里。心里感到一种来不及的难过。我忽然前所未有的想念。想念我们的学校。我们在这里笑过、风光过、也悲伤流泪过、去过，也要离开了。也许当有一天，我老了，我希望我回头来看我成长的时候，又见你们。我毕生都难以忘记的你们。那些闪耀着慈祥、善良的你们。然后对你们说“遇见你们，我真的很荣幸、很高兴，很幸福！”参考文献1 高吉祥.模拟电子技术M. 北京：电子工业出版社，2004年High auspicious. Analog el
32、ectronics technology M. Beijing: Electronic Industry Press, 20042 高吉祥，黄智伟，丁文霞.数字电子技术M. 北京：电子工业出版社，2003年High auspicious, HUANG Zhi-wei, DING Wen-xia. Digital electronic technology M. Beijing: Electronic Industry Press, 20033 全国大学生电子设计竞赛组委会.第一届（1994年）第六届（2003年）全国大学生电子4设计竞赛题目.2003.12Organizing Committe
33、e of the National Undergraduate Electronic Design Contest. Of the first (1994) Sixth (2003) 4 National Undergraduate Electronic Design Contest topic. W.2003.124 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编M（1999）.北京：北京理工大学出版社，2000年Organizing Committee of the National Undergraduate Electronic Design Contest. National Undergraduate Elec