单片机在电阻电容电感测试仪中的设计应用

　　该电阻电容电感测试仪以AT89S52单片机为控制核心，通过测量频率来间接测量电阻器的阻值、电容器的容量和电感器的电感量，并对测试数据和测试结果进行保存记录，可调出最近十次的测量结果并显示测试的时间、元件类型、参数；所有测量的量程均能自动转换量程，并显示相应的提示语句。

　　1 前言

　　测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。传统的测量仪表和方法虽然操作简单，但是存在计算精度不高、无记忆功能、不易实现自动测量而且很难实现智能化的问题。如果把较难测量的物理量转化为精度较高且较容易测量的物理量，再加上单片机的记忆功能及对频率信号处理的方便性，可以先把电子元件的集中参数R、C、L转换为频率信号f,然后再利用单片机对被测量进行运算求出R、C、L,最后用LCD显示出来的电阻、电容、电感测试仪。基于上述思想设计了此款操作简单、具有记忆功能的智能化电阻电容电感测试仪。

　　2 系统整体设计

　　以AT89C51单片机为核心，主要由RC振荡电路、多谐振荡回路、通道选择、功能按键和显示器（LCD）组成。系统电路方框图如图1 所示：

图1 系统电路方框图。

　　图1 系统电路方框图（参见右栏）相关的振荡电路将待测参数转换为频率信号，经通道选择与单片机接口，由单片机对其进行采样、运算后，将测试结果输出到LCD显示。功能按键可实现待测参数选择功能，量程转换由单片机程序自动实现，使用方便。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 单片机最小系统电路

　　系统采用ATMEL公司的AT89S52单片机为主控芯片，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。由其组成的单片机最小系统电路如图2所示。

图2 单片机最小系统电路
 

　　3.2 1602液晶显示电路

　　为了实现数字化，系统采用市场上常见的1602液晶，它能够同时显示16x02即32个字符。1602液晶显示模块可以和单片机AT89S52直接接口，其接口电路如图3所示。

图3 液晶显示电路。

　　3.3 电阻、电容测量模块

　　3.3.1 电阻测量模块

　　利用555定时器和待测电阻器或者待测电容器构成多谐振荡电路，再利用单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期，根据振荡周期的公式测得待测电阻。利用单片机的P3.2引脚接到555定时器上，将555多谐振荡电路的频率信号f送到到单片机，然后单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期，再求电阻的值。

　　电容器的充电时间t1和放电时间t2分别为：充电时间t1=0.7RC;放电时间t2=0.7RC.所以多谐振荡器的周期T为：

　　由于单片机的定时器的最大时间为65536us,因此我们选择电容C为0.1μF.

图4 电阻测量电路图

　　3.3.2 电容测量模块

　　测量电容采用的RC振荡电路与测电阻的振荡电路完全一样。

　　误差分析：有 |△Cx/ Cx |= |△f /f |+|△C/C| .

　　已知|△f /f |能满足1%以下的精度，而精密的金属膜电阻，其阻值的变化率|△R1/R1|亦满足1%左右的精度。这样电容的测量精度也可以做的比较高。

　　注意：由于建立RC稳定振荡的时间较长，在测量电容和电阻时，应在显示稳定后再读取参数值。
 

　　3.4 电感测量模块

　　在测量电感电容值时，传统的测量大都采用交流电桥法和谐振法。然而这些方法通常采用刻度读数，读数不够直观。着眼于对传统测量方式的改进，基于LC振荡电路原理，结合以AT89S52单片机为核心的频率测量电路，测量电感。

　　利用普通的CMOS反相器构成一个皮尔兹CMOS缓冲振荡器，通过测量频率来间接测量电感并且测量值与电感的内阻基本无关。本电路设计简单，无需调试即可正常工作。其原理图如图4所示。

图5 电感测量电路

　　误差分析：因为所以|△L/ L |= |2△f/f|+|△C/C|由此可见，因为|2△f/f|相当小，|△L/ L |的精度主要取决于电容值的稳定性，从理论上讲，只要|△C/C|小于1%,|△L/ L |也就能达到相应的水平。一般而言，电容的稳定性，特别是像独石电容一类性能比较好的电容，|△C/C|都可以满足小于5%的要求，这样误差精度就能保持在-5%~+5%以内。

　　4 系统软件设计

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