数字化电感测量仪设计

论文总字数：14553字

摘 要

电感是常用的的电子元件，对它的测量具有实用价值。本文介绍了一种基于单片机AT89C52的电感测量仪器的设计。文章首先论述了设计数字电感测量仪的意义及整体思路，然后分析和设计了系统硬件的各单元电路，其内容包括：正弦波振荡电路，频率测量电路、显示电路、电源电路、复位电路等，最后对系统的软件进行分析与设计。整个系统以AT89C52单片机为中央控制器件，用施密特触发器转换正弦波为脉冲波，以LCD1602作为显示器，软件采用C语言，用Proteus进行仿真。

关键词：电感测量，单片机，施密特触发器，C语言，LCD1602显示器

目录

1 前言 ２

1.1 设计的背景和意义 ２

1.2 电感测试仪的发展历史及研究现状 ２

2数字电感测量仪的总体设计 ３

2.1系统原理框图 ３

3单元电路设计与分析 ４

3.1电容三点式振荡电路 ４

3.2 555定时器简介与555电路的设计 ５

3.3 单片机简介 ９

3.4 LCD1602 简介 １２

3.5 AT89C52单片机时钟电路和复位电路 １９

3.6电源电路 ２１

4软件设计 ２２

4.1 I/O口的分配 ２２

4.2 软件设计流程图 ２２

结论 ２４

参考文献 ２５

致谢 ２６

附录A 程序源代码 ２７

附录B 设计原理图 ３１

1 前言

1.1 设计的背景和意义

电感是一个电学参数，电感元件也是一个常用的电路元器件,它具有滤波、启振、补偿等作用。所以在应用中我们常常要测定电感的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的电感测试仪具有实用性和经济效益。

通常情况下，电路参数的数字化测量是把被测参数传换成直流电压或频率后进行测量。电感测量可依据交流电桥法，这种测量方法虽然能较准确的测量电感，但交流电桥的平衡过程复杂，而且通过测量品质因素Q值确定电感的方法误差较大。

由于测量电感方法很多，并具有一定的复杂性，所以本次设计是在参考555定时器基础上拟定的一套设计方案。是尝试用555定时器构成的施密特触发器将被测参数转化脉冲波，这里我们将LC的测量电路产生的正弦波经过555定时器送入AT89C52的计数端，通过定时并且计数可以计算出脉冲波的频率再通过该频率计算出电感参数。

1.2 电感测试仪的发展历史及研究现状

当今电子测试领域，电感的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。 电感测试发展已经很久，方法众多，常用测量方法如下：

电感测量可依据交流电桥法。电桥是一种用比较法对电学参量进行精确测量的仪器。电桥分为直流电桥和交流电桥两类。交流电桥是测量各种交流阻抗的基本仪器，如电容的电容量，电感的电感量等。

谐振法测量电感。如图所示为并联谐振法测电感的电路，

其中C为标准电容，L为被测电感，Co为被测电感的分布电容。测量时，调节信号源频率，使电路谐振，即电压表指示最大，记下此时的信号源频率f，则

由此可见，还需要测出分布电容Co，不接标准电容C，调节信号源的频率，使电路自然谐振，设此频率为f1，则

由上述两式可得

把Co代入L的表达式，即可得到被测电感的感量。通过频率来换算出电感。

近年来我国测量仪器的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观。随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长。在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品。

2数字电感测量仪的总体设计

2.1系统原理框图

图2.1 系统框图

图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由五个主要部分组成，电容三点式振荡电路，555定时器电路设计，单片机和时钟电路设计，复位电路设计，显示电路设计。在整个框图中，处于核心地位的是作为中央处理器的单片机，555定时器构成多谐振荡器后输出方波，由单片机接收并计算出频率，然后再换算成电感，交由LCD1602液晶显示。

3单元电路设计与分析

3.1电容三点式振荡电路

电感的测量是由测量电容三点式振荡电路的电压变化来实现的。电容三点式振荡电路又称考毕兹（Kolpitts）振荡电路，三点式振荡电路是指：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，而与发射级相连的两个电抗元件同为电容式的三点式振荡电路，也就是"射同基反"的构成原则成为电容三点式振荡电路。

本设计使用的是克拉珀（Clapp）电容三点式电路。其回路谐振角频率为：

（1）

当C1和C2的电容值远大于C3，振荡电路的等效总电容为

（2）

由此得到其振荡频率为：

（3）

即得电感为：

（4）

电感测试电路仿真原理图见下图所示。

图3.1 电感测量图

3.2 555定时器简介与555电路的设计

3.2.1 555 芯片的顶视图及各引脚的功能

555定时器电路，它的顶视图如下图3.2所示，双列直插8脚封装。

图3.2 555定时器的顶视图

上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。

3.2.2 555定时器工作原理

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。

它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是 5V~ 15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是 3V~ 18V。

图3.3  555定时器内部框图

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