1、湖南工学院毕业设计（论文）任务书 电气自动化 专业 04级 电气 0403班设计（论文）题目：简易电阻、电容和电感参数测试仪的设计与制作学生姓名： 起讫日期： 2007 年 4 月 11 日2007 年 5 月 31 日指导老师：_职称_副教授- 50 -一、设计（论文）题目：简易电阻、电容和电感参数测试仪的设计与制作二、设计（论文）任务主要技术指标：1、设计任务：信号变换与处理电容器电阻器设计并制作一台数字显示的电阻器、电容器和电感器参数测试仪。示意框图如下：电感器测试与显示频率直流电源2、设计主要技术指标：（1） 、测量功能及量程范围电阻：1001M电容：100pF10000pF 电感：1
2、00h10mH（2） 、测量精度显示为 4 位 LED,有过量程指示； 测量精度：5%三、设计（论文）基本要求：（包括：技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等）1、毕业设计（论文）要求（1） 、资料收集，写出综述；（2） 、电路原理分析；（3） 、能够对做出的实物进行测量和调试。（4） 、写出测量的数据，并对所测得的数据进行分析。（5） 、能独立完成毕业设计（论文）课题所规定的各项任务，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力，在毕业设计（论文）成果中能表现出某些自己的见解。（6） 、毕业设计（论文）说明书齐备，内容正确，概念清楚，条理分明，文章通顺，书写工整，图纸齐全，符合现行标准规定。（7
3、） 、毕业设计（论文）成果必须采用计算机绘图，毕业设计（论文） 说明书必须打印成册上交。（8） 、毕业答辩时能熟练地、正确地回答问题。2、毕业设计（论文）内容评价（1）、完成情况：是否完成所给毕业设计（论文）题目的任务及完成的程度。（2） 、设计（论文）水平：分析、计算是否正确，资料引用正确与否， 重点是否突出，图表是否符合标准，文字叙述是否简明清晰。（3） 、毕业设计（论文）方案的实用价值，对生产实际、科学技术发展的意义及作用。（4） 、毕业设计（论文）说明书的质量。四、重点研究和解决的问题或指定的专题：1、重点研究的问题能够准确测量出电阻、电容、电感的数据，并使测量的数据误差小于技术参数2
4、、重点解决的问题R、L、C 等参数的物理量到电量的转换；用汇编语言数据的算法，软件、硬件的调试和如何减小测量过程中的误差；单片机系统的设计与制作五、应搜集的资料及参考文献：1 何立民主编.单片机应用技术选编（）北京：北京航空航天大学出版社，1993 19992 何立民主编.单片机高级教程.应用与设计北京：北京航空航天大学生出版社，2002.83 李广弟编.单片机基础北京：北京航空航天出版社，1999.10何立民编.MCS51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京：北京航空航天大学出版社，1999.64 张毅刚等编. MCS51 单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社出版， 19905 周良
5、权等编.模拟电子技术基础高等教育出版社，19936 余永权编.ATMEL 89 系统lash 单片机原理与应用电子工业出版社， 19937 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精选（1994-1999）M北京理工大学出版社，2003 年 3 月六、设计（论文）完成时应提交的文件：1、毕业设计说明书或论文2、毕业设计原件3、毕业设计任务书4、读书笔记七、进度计划安排：各阶段内容名称起止日期时间比例（%）1下达任务书、学生收集、熟悉资料2005/4/112005/4/171 周2毕业实习、设计调研2005/4/182005/4/221 周3总体设计2005/4/232005
6、/4/271 周4硬件设计2005/4/272005/5/32 周5软件设计2005/5/42005/5/101 周6电路制作2005/5/112005/5/161 周7系统调试2005/5/162005/5/230.5 周8设计说明书与图纸输出2005/5/232005/5/271.5 周9总结、准备设计答辩2005/5/272005/5/300.5 周10毕业答辩2005/5/312005/6/20.5 周八、其他摘要RLC 参数的测量在学习和工作中常常用到.电阻、电容、电感的测量有模拟指针式和数字式测量仪器,模拟指针式测电阻、电容、电感速度快,但是读数的偏差很大,加之它的体积大,不易携带
7、.而数字式测量仪不紧速度快,测量精度高, 还有体积小等特点.这些特点主要是使用了单片机这一智能芯片,它集中完成了控制、测量、计算,使的电路简单、可靠.设计的原理是把 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。在设计中为了节约单片机的口线,选有了单端 8 通道双向多路开关 CD4051.通过控制 CD4051 控制端选择 8 路输入中的一路输出,输入到单片机的计数端.在量程的多档位设计中没有使用模拟可控,而是使用了双刀双置开关,虽然在测量时候不能自动换量程,带来不便.但它却不
8、用考虑由模拟可控开关带来的几十欧电阻对测量结果的影响.为使单片机能正确的调用计算标准电阻电容,设计了由 741 构成的比较电路,再将比较结果供单片机查询.设计由于时间紧迫,所以没有制作硬件电路,和程序.为此设计的电路也的实际可行性没有得到验证.关键词：RC 振荡电路，LC 电容三点式，显示电路目 录第 1 章、系统设计11.1 、设计要求11.1.1 、设计任务11.1.2 、技术要求11.2 、方案比较11.3 、方案论证3第 2 章、主要电路的设计42.1 、555 芯片简介42.1.1 、芯片的顶视图和各引脚功能42.1.2 、芯片的等效方框图及工作原理42.2 、测 Rx 的 RC 振
9、荡电路62.2.1 、用 555 时基电路构成的多谐振荡器62.2.2 、测量电阻的电路模块72.3 、测 Cx 的 RC 振荡电路92.4 、测 Lx 电容三点式振荡电路102.5 、单片机控制系统的硬件电路设计112.5.1 、单片机结构介绍112.5.2 、AT89S52 单片机的特点122.5.3 、总线结构142.5.4 、单片机机最小系统的设计152.5.5 、显示电路的设计152.5.6 、键盘电路设计182.5.7 、CD4051 单端双向多路开关电路设计18第 3 章、软件设计20设计体会32结束语33附录34附录 1 元器件清单34附录 2 总体电路图35附录 3 PCB
10、图36附录 4 部分程序清单37致谢40参考文献41湖南工学院毕业设计（论文）任务书 电气自动化 专业 04级 电气 0403班设计（论文）题目：简易电阻、电容和电感参数测试仪的设计与制作学生姓名： 起讫日期： 2007 年 4 月 11 日2007 年 5 月 31 日指导老师：_职称_副教授一、设计（论文）题目：简易电阻、电容和电感参数测试仪的设计与制作二、设计（论文）任务主要技术指标：1、设计任务：信号变换与处理电容器电阻器设计并制作一台数字显示的电阻器、电容器和电感器参数测试仪。示意框图如下：电感器测试与显示频率直流电源2、设计主要技术指标：（1） 、测量功能及量程范围电阻：1001M
11、电容：100pF10000pF 电感：100h10mH（2） 、测量精度显示为 4 位 LED,有过量程指示； 测量精度：5%三、设计（论文）基本要求：（包括：技术要求、工作要求、图纸要求、写作要求等）1、毕业设计（论文）要求（1） 、资料收集，写出综述；（2） 、电路原理分析；（3） 、能够对做出的实物进行测量和调试。（4） 、写出测量的数据，并对所测得的数据进行分析。（5） 、能独立完成毕业设计（论文）课题所规定的各项任务，具有一定的综合分析问题和解决问题的能力，在毕业设计（论文）成果中能表现出某些自己的见解。（6） 、毕业设计（论文）说明书齐备，内容正确，概念清楚，条理分明，文章通顺，书
12、写工整，图纸齐全，符合现行标准规定。（7） 、毕业设计（论文）成果必须采用计算机绘图，毕业设计（论文） 说明书必须打印成册上交。（8） 、毕业答辩时能熟练地、正确地回答问题。2、毕业设计（论文）内容评价（1）、完成情况：是否完成所给毕业设计（论文）题目的任务及完成的程度。（2） 、设计（论文）水平：分析、计算是否正确，资料引用正确与否， 重点是否突出，图表是否符合标准，文字叙述是否简明清晰。（3） 、毕业设计（论文）方案的实用价值，对生产实际、科学技术发展的意义及作用。（4） 、毕业设计（论文）说明书的质量。四、重点研究和解决的问题或指定的专题：1、重点研究的问题能够准确测量出电阻、电容、电感
13、的数据，并使测量的数据误差小于技术参数2、重点解决的问题R、L、C 等参数的物理量到电量的转换；用汇编语言数据的算法，软件、硬件的调试和如何减小测量过程中的误差；单片机系统的设计与制作五、应搜集的资料及参考文献：1 何立民主编.单片机应用技术选编（）北京：北京航空航天大学出版社，1993 19992 何立民主编.单片机高级教程.应用与设计北京：北京航空航天大学生出版社，2002.83 李广弟编.单片机基础北京：北京航空航天出版社，1999.10何立民编.MCS51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京：北京航空航天大学出版社，1999.64 张毅刚等编. MCS51 单片机应用设计哈尔
14、滨工业大学出版社出版， 19905 周良权等编.模拟电子技术基础高等教育出版社，19936 余永权编.ATMEL 89 系统lash 单片机原理与应用电子工业出版社， 19937 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精选（1994-1999）M北京理工大学出版社，2003 年 3 月六、设计（论文）完成时应提交的文件：1、毕业设计说明书或论文2、毕业设计原件3、毕业设计任务书4、读书笔记七、进度计划安排：各阶段内容名称起止日期时间比例（%）1下达任务书、学生收集、熟悉资料2005/4/112005/4/171 周2毕业实习、设计调研2005/4/182005/4/221
15、 周3总体设计2005/4/232005/4/271 周4硬件设计2005/4/272005/5/32 周5软件设计2005/5/42005/5/101 周6电路制作2005/5/112005/5/161 周7系统调试2005/5/162005/5/230.5 周8设计说明书与图纸输出2005/5/232005/5/271.5 周9总结、准备设计答辩2005/5/272005/5/300.5 周10毕业答辩2005/5/312005/6/20.5 周八、其他摘要RLC 参数的测量在学习和工作中常常用到.电阻、电容、电感的测量有模拟指针式和数字式测量仪器,模拟指针式测电阻、电容、电感速度快,但是
16、读数的偏差很大,加之它的体积大,不易携带.而数字式测量仪不紧速度快,测量精度高, 还有体积小等特点.这些特点主要是使用了单片机这一智能芯片,它集中完成了控制、测量、计算,使的电路简单、可靠.设计的原理是把 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。在设计中为了节约单片机的口线,选有了单端 8 通道双向多路开关 CD4051.通过控制 CD4051 控制端选择 8 路输入中的一路输出,输入到单片机的计数端.在量程的多档位设计中没有使用模拟可控,而是使用了双刀双置开关,虽然在测
17、量时候不能自动换量程,带来不便.但它却不用考虑由模拟可控开关带来的几十欧电阻对测量结果的影响.为使单片机能正确的调用计算标准电阻电容,设计了由 741 构成的比较电路,再将比较结果供单片机查询.设计由于时间紧迫,所以没有制作硬件电路,和程序.为此设计的电路也的实际可行性没有得到验证.关键词：RC 振荡电路，LC 电容三点式，显示电路目 录第 1 章、系统设计11.1 、设计要求11.1.1 、设计任务11.1.2 、技术要求11.2 、方案比较11.3 、方案论证3第 2 章、主要电路的设计42.1 、555 芯片简介42.1.1 、芯片的顶视图和各引脚功能42.1.2 、芯片的等效方框图及工
18、作原理42.2 、测 Rx 的 RC 振荡电路62.2.1 、用 555 时基电路构成的多谐振荡器62.2.2 、测量电阻的电路模块72.3 、测 Cx 的 RC 振荡电路92.4 、测 Lx 电容三点式振荡电路102.5 、单片机控制系统的硬件电路设计112.5.1 、单片机结构介绍112.5.2 、AT89S52 单片机的特点122.5.3 、总线结构142.5.4 、单片机机最小系统的设计152.5.5 、显示电路的设计152.5.6 、键盘电路设计182.5.7 、CD4051 单端双向多路开关电路设计18第 3 章、软件设计20设计体会32结束语33附录34附录 1 元器件清单34附
19、录 2 总体电路图35附录 3 PCB 图36附录 4 部分程序清单37致谢40参考文献41第一章系统设计1.1 设计要求1.1.1 设计任务设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下：1.1.2 技术要求基本要求（1） 测量范围电阻 1001M电容 100 pF10000 pF电感 100 H10 mH（2） 测量精度+5（3） 制作 4 位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类别和单位发挥部分（1） 扩大测量范围（2） 提高测量精度（3） 测量量程自动转换12 方案比较目前，测量电子元件集中参数 R、L、C 的仪表种类较多，方法也各不相同， 这
20、些方法都有其优缺点。电阻 R 的测试方法最多。最基本的就是根据 R 的定义式来测量。在如图1.2.1 中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式 R = U / I 求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图 1.2.2 所示。这种测量方法的精度变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。能同时测量电器元件 R、L、C 的最典型的方法是电桥法（如图 1.2.3）。电阻 R 可用直流电桥测量，电感 L、电容 C 可用交流电桥测量。电桥的平衡条件为1n2xZ Z e j(
21、j1 +jn ) = Z Z e j(j2 +jx )通过调节阻抗Z1 、Z2 使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件以及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。用这种测量方法，参数的值还可以通过联立方程求解，调节电阻值一般只能手动，电桥的平衡判别亦难用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。Q 表是用谐振法来测量 L、C 值（如图 1.2.4）。它可以在工作频率上进行测量，使测量的条件更接近使用情况。但是，这种测量方法要求频率连续可调， 直至谐振。因此它对振荡器的要求较高，另外，和电桥法一样，调节和平衡判别很难实现智能化。图 1.2.4用阻抗法测 R、L、C 有两种实现方法：用恒流源供
22、电，然后测元件电压； 用恒压源供电，然后测元件电流。由于很难实现理想的恒流源和恒压源，所以它们适用的测量范围很窄。很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思想，我们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，并送显示，转换的原理分别是 RC 振荡和 LC 三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量进拟地转化为数字量，频率 f 是单片机很容易处理的数字量，这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化， 另一方面也避免了由指针读数引起的误差。13 方案论证131 总体思路本设计中把 R、L、C 转换成频率信号 f，转
23、换的原理分别是 RC 振荡电路和LC 电容三点式振荡电路，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号， 取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率计算出各个参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把 R、L、C 的值送数码管显示相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。设计方案该设计方案的总体方框图如图 1.3.1 所示。图 1.3.2.1 设计的总体方框图第二章主要电路设计与说明2.1 555 芯片简介方案选择中，利用 555 时基电路构成多谐振荡器来测量电阻 R、电容 C， 为了测量两个物理量需要两块 555 时基电路。2.1.1 芯片
24、的顶视图及各引脚的功能555 时基电路，它的顶视图如下图 2.1.1 所示，双列直插 8 脚封装。43215555678图 2.1.1 555 时基电路顶视图顶视图各引脚的功能分别为：1 脚;GND；2 脚：置位触发；3 脚：输出;4 脚：复位； 5 脚：控制；6 脚：阈值；7 脚：放电； 8 脚：+电源 Vcc。2.1.2 555 芯片工作原理555 集成定时器是一种模拟和数字电路相混合的集成电路。它结构简单，使用灵活，用途十分广泛，可以组成多种波形发生器、多谐振荡器、定时延时电路、双稳触发电路、报警电路、检测电路、频率变换电路等。555 定时器的电路原理图及管脚排列图分别如图 2.1.2
25、所示。5kW+-5kWA1+-RDQ- -SDQ+-5kWA2+T8UCC电源端4WR复位端电压控制端VC5TH6高触发端TL2输出端3OUT低触发端DIS 7放电端1 GND电源地图 2.1.2 555 定时器的原理电555 含有两个比较器 A1、A2。A1 参考电压为 ，A2 参考电压为 1 U。当3 CCU 1 U 时，A2 输出为 1；当U 1 U时，A2 输出为 0，则使 R-S 触发器置TL3 CCTL3 CC1。当U 2 U时，A1 输出为 0，使 R-S 触发器置TH3 CCTH3 CC0。5 端为电压控制端，通过外接一个参考电源，可以改变上、下触发电位值， 不用时，可通过一个
26、 0.01F 旁路电容接地。4 端为触发器复位端，不用时应接高电平。总之，555 相当于一个可用模拟电压来控制翻转的 R-S 触发器。555 电路有无稳态、单稳态和双稳态三种基本工作方式。用这三种方式中的一种或多种组合起来可以组成各种实用电子电路(用得最多的是前两种方式)。2.2 测RX 的 RC 振荡电路2.2.1 用 555 时基电路构成多谐振荡器UCC=5VRA784RBuC 555623uO1C5 0.01mF在电路中采用 RC 振荡电路来测量电阻 R、电容 C 的值，用 555 时基电路构成 RC 振荡器。如图 2.3.1（a）所示，将 555 与三个阻、容元件如图连接，便构成稳态多
27、谐振荡模式。图 2.2.1（a） 电路图图 2.2.1（b） 波形图当加上VCC 电压时，由于C 上端电压不能突变，故 555 处于置位状态，输出端（3）呈高电平“1”，而内部的放电 COMS 管截止， C 通过 RA 和 RB 对其充电，2/6 脚电位随C 上端电压的升高呈指数上升，波形如图 2.3.1（b）所示。当C 上的电压随时间增加，达到 2 Vcc 阈值电平（7 脚）时，上比较器 A13翻转，使 RS 触发器置位，经缓冲级倒相，输出VO 呈低电平“0”。此时，放电管饱和导通， C 上的电荷经 RB至放电管放电。当C 放电使其电压降至 1 Vcc 触3发电平（2/6 脚）时，下比较器 A2 翻转，使 RS 触发器复位，经缓冲级倒相， 输出VO 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t1 就是C 上的电压从 1 Vcc 充电到 2 Vcc 所需的时间，故C 两端电压的变化规律为33U (t) = V(1- e-t /(
