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在使用電子元器件時(shí)，首先需要了解其參數，這就要求能夠對元器件的參數進(jìn)行精確測量。采用傳統的儀表進(jìn)行測量時(shí)，首先要從電路板上焊開(kāi)器件，再根據元件的類(lèi)型，手動(dòng)選擇量程檔位進(jìn)行測量，這樣不僅麻煩而且破壞了電路板的美觀(guān)。經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)驗研究，采用正交采樣算法，并由單片機控制實(shí)現在線(xiàn)測量、智能識別、量程自動(dòng)轉換等多種功能，可大大提高測量?jì)x的測量速度和精度，擴大測量范圍。因此這種RLC測量?jì)x既可改善系統測量的性能，又保持了印刷電路的美觀(guān)，較傳統的測量?jì)x還具有高度的智能化和功能的集成化，在未來(lái)的應用中將具有廣闊的前景。 1 硬件電路設計 此測量?jì)x硬件設計思路如圖1所示。 由于PIC單片機只能正確采集0～5 V之間的電壓，而輸入的信號是正弦波信號，因此在將此正弦信號送入單片機之前需對其進(jìn)行電位提升，使整個(gè)正弦信號任意時(shí)刻的電位均大于或等于0。另外本測量?jì)x具有量程自動(dòng)轉換和增益自動(dòng)可控的特點(diǎn)，實(shí)現電路如圖2所示。 圖2中U1(CD4051)是一個(gè)單刀八擲的模擬開(kāi)關(guān)，用以完成量程電阻擋位的轉換；U2(CD4052)是一個(gè)雙刀四擲的模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)選擇待測元件或基準電阻信號；U3，U4，U5，U6共同組成一個(gè)增益可以控制的儀用差分式放大電路，其中U5(CD4052)是用來(lái)切換增益倍數的；U8(74LS273)是一個(gè)鎖存器，用于將由單片機發(fā)出的控制信號鎖存并傳輸給U1，U2，U5實(shí)現程控；由于U1，U2，U5開(kāi)關(guān)切換的驅動(dòng)電壓要求達到5 V以上，而單片機的高電平僅為3～5 V，達不到驅動(dòng)電壓，所以要采用一個(gè)集電極開(kāi)路的驅動(dòng)器(74LS07)才能實(shí)現由單片機控制的開(kāi)關(guān)切換(R13，R14，R15，R16，R17為74LS07輸出端的上拉電阻)。 這樣通過(guò)程序控制單片機與74LS273相接端口的高低電位，就可以控制模擬開(kāi)關(guān)選擇不同的通道，從而實(shí)現自動(dòng)的量程檔位轉換和增益控制。 2 軟件程序設計 本測量?jì)x的測量原理是以正交采樣為基礎。首先選用頻率恒定的正弦信號作為標準測量信號，然后用待測元件和基準電阻串聯(lián)對測量信號進(jìn)行分壓，最后由單片機分別對待測元件和基準電阻分壓后所得的信號進(jìn)行正交采樣處理。 由于流過(guò)電容或電感的電流與其兩端的電壓存在90°的相位差，因此只需在任一時(shí)刻采樣得到交流信號瞬時(shí)值V1，然后相移90°，再采樣得到瞬時(shí)值V2，就可用V1和V2表示完整的交流信號：V2=V1+jV2。 軟件程序的設計思路如圖3所示。 3 實(shí)驗結果 表1給出了該測量?jì)x在測量頻率為100 Hz，1 kHz，10 kHz±0.02％三種情況下的測量范圍與測量精度。其中L，C，R，Q，D分別表示電感量、電容量、電阻值、品質(zhì)因數、損耗角正切值。 4 結 語(yǔ) 本文設計了一種基于PIC單片機的RLC智能測量?jì)x，其主要功能如下： (1) 能夠智能地識別出待測元件是電容、電感、還是電阻。 (2) 能精確測量出電容、電感、電阻的參數值。 (3) 可以實(shí)現量程電阻的自動(dòng)轉換，無(wú)須人工選擇檔位。 (4) 當測量正弦信號的幅度過(guò)小時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現增益放大，從而不影響精度。 (5) 對測量?jì)x進(jìn)行擴充后還實(shí)現了二極管、三極管的測量。 由此可見(jiàn)，此測量?jì)x具有高度的智能化和集成化，可精確地對元器件參數進(jìn)行測量，這正符合當今測量?jì)x器的發(fā)展趨勢，他將具有廣闊的應用前景。 |
