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“电子系统设计” 课程设计报告
设计课题：简易电阻电容和电感测试仪的设计 专业班级： 姓 名： 学 号： 设计时间：
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物理与机电工程学院
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简易电阻电容和电感测试仪的设计
一、设计任务与要求
1. 能够自动辨识出被测元件是电阻、电容还是电感，并实时显示元件的阻值、容值和感值的大小。
2. 能够实现电阻、电容和电感测量的自动切换,并实现量程的自动切换。 3. 电阻、电容和电感的测量误差均小于0.5%。
基于以上分析，采用模块设计的方案实现系统的各项功能，系统主要由主控制器部分、数据测量部分、A/D采样部分、语音播报和显示部分，具体的实现方案如系统主框图1所示：
数据测量主控制器A/D采样语音模块显示模块电 源
图1 系统主框图
二、系统设计方案
1. 主控制器的选择
在主控制器的选择上我们有以下两种方案：采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）作为系统的控制核心和基于单片机技术的控制方案。
上述两种控制方式除在处理方式和处理能力(速度)上的差异外，实现效果及复杂程度等方面也有显著的区别。FPGA将器件功能在一块芯片上，其外围电路较少，集成度高。而单片机技术成熟，开发过程中可以利用的资源和工具丰富、价格便宜、成本低。鉴于本设计中实时显示，单片机的资源已经能满足设计
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的需求，而FPGA的高速处理的优势在这里却得不到充分体现，因此本设计的控制方案模块选用基于单片机控制方案。我们选择技术成熟，性价比高的AT89S52单片机作为主控制器，同时采用凌阳其内部系统时钟频率为11.0592MHz，执行一个单周期指令所需时间为仅83nS，满足本系统的软件编写需求。
2.数据测量方案的选择
目前常用的智能RLC测试方法主要是阻抗-相角法和V-I复数法。V-I复数测量法，其基本思想是：根据电阻、电容、电感的复数表示形式，设法测出在固定幅值和相位值的电压下，流经被测电抗元件的电流幅度值和相位值，然后由CPU计算出元件的各项指标，如串联等效、并联等效等。阻抗-相角法即用被测元件与已知两个固定阻抗相串联，两次测量Vi与Vo的之间的相位差，由仪器实测正弦波的频率，然后由CPU计算出阻抗值，其硬件电路简单且易于调试。
基于以上分析可得：V-I复数测量法虽然测量的基准度高，但同时对单片机计算能力的要求更高，不易实现，所以在本系统的设计中采用易实现的阻抗-相角法。
3. A/D采样和语音播报
结合赛题，实现对所测元件的电压值进行A/D采样并实时进行语音播报，而A/D采样常用的是使用ADC转换芯片对数据进行采集，这种A/D转换器根据逐位逼近的方法产生数据的,在测量上存在一定的误差，所以为提高本系统的数据测试精准度，采用凌阳SPCE061A单片机作为从控芯片，该单片机内置8路10位ADC，计算能力强，避免了外界A/D转换芯片存在的误差，提高数据采集的精确度，同时该开发板集成了语音播报的硬件，通过软件编程即可用于语音的
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采集和播报，集成开发环境中配有很多语音API函数，实现语音播报比较简单，解决由语音芯片播放语音不清楚的问题。
4. 显示设备的选择
本模块的主要功能是能实时显示描述系统状态的各种信息状态。LCD不仅显示信息量大，画面效果好，节省I/O口，所以系统设计的显示部分选择液晶屏128×64LCD显示。
5. 系统设计与实现
经过仔细分析与论证，选用系统各模块的最终方案如下：
（1）控制器模块：采用单片机AT89S52控制，且5V供电，符合工作条件。 （2）数据测量模块：采用阻抗-相角法实现。 （3）A/D采样模块：采用凌阳单片机内部AD （5）语音播报模块：采用凌阳单片机集成语音播报 （4）显示模块：采用LCD12864液晶屏显示。
三、单元电路分析与设计
1. 数据测量电路
采用阻抗-相角法把电子元件的集中参数R、L、C转换成频率信号f,然后用单片机计数后在运算求出R、L、C的值。 （1）测量电阻：
电阻的测量采用\脉冲计数法\，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。
该电路可以测出量程在100Ω～2MΩ的电阻。该电路的振荡周期为：
T?t1?t2?(In2)(R?Rx)C?(In2)RxC?(In2)(R?2Rx)Ctt其中1为输出高电平的时间，2为输出低电平的时间。
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