论文总字数：16965字

摘 要

本文主要是介绍RLC测量仪的一种简易设计方法。由AT89S51实现总体的控制和计算，利用多谐振荡电路和电容三点式电路获取测量波形，经过单片机计算再由LCD1602显示。电阻，电容，电感多功能测量仪不仅用于最基础的器件检测量，在产品扩展、研究开发中也有着重要作用。随着数字电路的集成化以及单片机的运用，新式的测量仪器在使用性和精确性上都优于传统设备。将单片机作为整个设备的控制中心，用液晶屏代替数码管，使得测量数据读取更为方便，结果显示更为直观，可以添加功能。数字化和单片机化是大多数电子仪器的发展趋势，再加上人性化的操作和系统稳定性的提高可以给产品带来广阔的市场前景和经济效应。因此，着力于设计基于单片机的电阻，电容，电感参数测量仪有着广泛、现实的意义。

关键词：RLC测量仪，AT89S51，振荡电路

A Design of RLC-measuring Instrument

Abstract

This paper shows a simplified way to build a RLC-measuring instrument.The system is based on AT89S51,which is responsible for the overall control and calculation.Using multivibrater circuits,we capture the analog waves generated by the circuits,and then send it to AT89S51 to perform the calculation needed,which inturn sends signals to LCD1602 to display the results.The measurement of resistor,capacitor and inductor is widely used in technology and product development.The introducion of AT89S51 gives the whole system a boost in accuracy and easy operation.

Keywords: RLC-measurement,AT89S51,multivibrater circuits

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪言 1

1.1课题研究的背景 1

1.2课题的研究目的与意义 2

1.3本文主要工作和论文结构 3

第二章 阻抗测量系统的总体设计 4

2.1阻抗测量系统方案设计 4

2.2方案选择 5

2.2.1单片机的选择 5

2.2.2显示部分的选择 5

2.2.3测量模式转换按键的选择 6

2.2.4RLC阻抗参数测量方法 7

第三章 系统硬件电路设计 9

3.1系统核心处理单元 9

3.1.1AT89S51的引脚及功能 10

3.1.2最小系统的设计 11

3.2显示电路 12

3.3按键电路 13

3.4阻抗测量电路的设计 14

3.4.1电阻阻值测量电路 14

3.4.2电容容值测量电路 15

3.4.3电感阻抗测量电路的设计 16

第四章 系统程序的设计 18

4.1总体设计框架 18

图4-1 主程序流程图 18

4.2 各模块设计 19

4.2.1主程序模块软件设计 19

4.2.2中断采样模块的程序设计 21

4.2.3液晶显示模块的程序设计 22

4.2.4数据处理程序模块 23

第五章 阻抗测量仪测试结果分析 25

5．1测试设备 25

5.2阻抗数据测试及误差分析 25

5.2.1电阻阻值测量数据分析 25

5.2.2 电容容值测量数据分析 26

5.2.3电感值测量数据及误差 26

致谢 27

参考文献 28

第一章 绪言

1.1课题研究的背景

随着科学技术的快速发展，从第一次工业革命出现的各种各样大机器到现在高度智能化、多样化的电子产品，人类不断研究，不断突破已有的成就。各式各样的电子元器件的出现、使用、改进是复杂电路的设计、发展的基础。这些电子元件可以组成不同的电路，也是不同的设备，仪器，产品的基本单元，电子产品提高了工业生产的效率，也给我们的生活带来了极大的便利。因此电子器件参数测量仪的设计是一个重要课题。

RLC参数测量仪可以测量我们在实验室常见的器件数值。随着单片机在电子设备中的大规模普及和集成化设备批量生产，参数测量仪在质量和稳定性上比早期的设备有了很大进步。国内市场上已有多家厂商生产单片机化仪器，但这些设备大多属于中低档产品^[1]：精度无法满足较高需求、功能单一、产品外形设计不够人性化。日本、欧美公司已生产出用于测量器件参数的先进产品，其在精确度、功能选择、稳定性上均已达到较高的标准，但是其价格无法为普通实验室的研究者所接受。不同的测量任务对测试系统有不同的要求，一种测试系统不可能满足所用群体对测量的需求。 根据这几年市场上RLC测试仪的特点，我们可以概括出以下两个总的发展方向^[2]：

（1）不仅注重测试仪产品的使用性能，更注重产品的日常维护管理、使用反馈，以便于新产品的设计更为通用化、方便化。

（2）运用互联网技术，为传统的封闭性测量仪器加入远程故障检测、诊断功能，使用户在使用过程中出现的问题可以及时在线反馈给开发者。这类设备属于一个产品线的旗舰产品，功能齐全，但价格昂贵，一般只适用于大型系统的关键设备。这类先进的设备综合运用了新型微机、信息技术，从测量仪市场现有的产品来看，这些技术包含以下部分：

①运用先进的数据采集技术收集原始信号数据，并加入信号预处理功能，如在数据采集电路输出端加入跟踪滤波器、信号放大器等。这些电路改进可以提高初始信号数据在各种复杂情况下的稳定性和可用性。

②网络化远程反馈用户使用数据。利用互联网的联机性和实时性，在测量仪设备和开发员主机之间搭建起沟通平台，用户如果在仪器使用过程中出现问题或错误可以及时反馈给管理员，在开发员的主机上将这些反馈数据进行计算分析，并与数据库比对得到使用错误可行的解决方法再反馈给用户。

当今很多日常电子产品的设计都加入了单片机成分，但基于单片机的RLC参数测量仪尚未得到广泛运用。市场上的测量仪产品大多比较老式，且体积庞大，工作不稳定。这就为设计一种便于携带使用、性价比合理的RLC元件参数测量仪提供了很大的市场潜力。

1.2课题的研究目的与意义

电路参数—电阻、电容和电感是电路的三种基本参数，也是描述系统网络参数和其他参数公式的基本要素，广泛服务于科教研究、新产品线生产开发、农业工业生产设备、通信器件、医疗设备及军事电子系统等方面。强电系统设备包含中继电器、发电机、变压器，以及电力传输系统中的输电线，这些设备器材的很多特征性质、工作状态都需要用基本阻抗参数R、L、C来描述^[3]。测试员可以结合阻抗参数测试和其他诊断判别方法来判定设备的使用情况，是否存在故障或安全隐患以及故障来源。弱电设备中同样需要开发测试人员采集设备中电路部分的阻抗数据来检查电路的工作情况，因此在大多数设备中阻抗参数的准确、便捷获取可以大大提高整个产品的开发效率和检测效率。

这些电子元件的参数测量也成了技术人才在电路的设计测试中必须要完成的事情。在电子产品的内部电路中，电阻、电容和电感是最基本元件器，并且数量庞大。这些元器件最基本的测量方法是定义法测量，这种方法效率低下，批量测量十分麻烦。基于这种方法的单功能测量装置即不方便携带，又容易相互碰撞摩擦^[4]。在充满激烈竞争的电子行业中，越来越需要准确、高效的测量方法，从而对所使用的元器参数测量仪器提出了更高、更严格的要求。目前，国际上的测量方式正由模拟方式向数字方式，由集成化向智能化的方向快速发展。用单片机控制的rlc测量仪就具有功能多样，电路结构简洁，读数方便，显示直观，成本低廉等诸多优点，符合电力仪器仪表的发展趋势，所以拥有着广阔的发展前景。

1.3本文主要工作和论文结构

本次设计是一个基于AT89S51的简易的RLC测量仪，实现低成本、高灵活性、高可靠性、性能稳定的阻抗参数测量。本文会具体勾画测量系统基本构成单元，比较先前集中常见的参数测量电路和测量方法，然后给出具体的软硬件模块方案。

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