摘 要：在測量電感電容值時，傳統(tǒng)的測量大都采用交流電橋法和諧振法。然而這些方法通常采用刻度讀數(shù)，讀數(shù)不夠直觀。著眼于對傳統(tǒng)測量方式的改進(jìn)，基于LC振蕩電路原理，結(jié)合以AT89S51單片機(jī)為核心的頻率測量電路，設(shè)計一種數(shù)字式電感電容測量儀，給出詳細(xì)的電路原理和程序流程，對測量原理做了較詳細(xì)的闡述?；贚C振蕩電路原理測量LC是本設(shè)計的創(chuàng)新之處。

關(guān)鍵詞：電感電容；LC振蕩電路；AT89S51；頻率測量電路

中圖分類號：TP216文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004373X(2008)2202002

Design of Digital Inductance Capacitance Measuring Apparatus

HE Fuyun，LUO Xiaoshu

(Physics Electronic Engineering College，Guangxi Normal University，Guilin，541004，China)

Abstract：Measuring the value of the inductance capacitance in traditional measuring mostly utilizes AC bridge and resonance.But these methods often read the value by scale meter，so the display isn′t intuitive.Compared with the traditional method，the design of digital inductance capacitance measuring apparatus is based on the principle of LC oscillation circuit and the frequency measuring circuit which uses AT89S51 as the core.Detailed circuit principle and program diagram are given.The measuring principle is also expatiated in detail.The innovation of the design is measuring LC based on the principle of LC oscillation circuit.

Keywords：inductance capacitance;LC oscillation circuit;AT89S51;frequency measuring circuit

1 測量原理

整個測量儀原理框圖如圖1所示，其測量原理為。

圖1 測量儀原理框圖

LC振蕩電路不接入待測電感或電容，自由振蕩產(chǎn)生一頻率為F1的正弦波，由LC振蕩電路原理有：

該正弦波經(jīng)分頻器100分頻后，變?yōu)橐环葹? V的方波，該方波從單片機(jī)AT89S51的P3.4腳引入，由定時器T1產(chǎn)生200 μs的閘門時間，在定時器T1定時1 s期間內(nèi)由計數(shù)器T0對外部脈沖進(jìn)行計數(shù)，所獲得的計數(shù)值m即為被測脈沖信號的頻率。這時測得的頻率F1為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理作準(zhǔn)備。當(dāng)AT89S51完成對自由振蕩期振蕩頻率F1的測量后，校準(zhǔn)電容Cb自動接入LC振蕩電路，這時產(chǎn)生一新的振蕩頻率Fb。

當(dāng)待測電感或電容通過選擇開關(guān)接入LC振蕩電路，振蕩頻率將會發(fā)生變化。如果一待測電感Lx接入電路，和已知電感值的L1是串聯(lián)的，因而電路中總的電感為L1+Lx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋邯?/p>

同理如果一待測電容Cx接入電路，但和已知電容值的C1是并聯(lián)的，因而電路中總的電感為C1+Cx，這導(dǎo)致振蕩頻率變?yōu)椋邯?/p>

從上述關(guān)系可以看出，基準(zhǔn)電容Cb的精確度是整個系統(tǒng)測量精確度的關(guān)鍵，因此Cb選用精度高的精密電容，從而整體上提高了整個測量儀的測量精確度。

2 電路的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 AT89S51單片機(jī)介紹

單片機(jī)是整個測量儀的核心。根據(jù)測量的要求和單片機(jī)的總體性能，如運(yùn)算速度、抗干擾能力、I/O端口、中斷源、存貯容量、性價比等，采用性能優(yōu)越的AT89S51作為處理器。AT89S51是一款低功耗，高性能的8位可在線編程的CMOS型單片機(jī)。它帶有4 kB可編程和擦除的讀寫存儲器，128 B RAM，4個8 b的并行I/O口，2個16 b定時器/計數(shù)器，6個中斷源，1個全雙工串行口。AT89S51的應(yīng)用范圍廣，既可以用于簡單的測控系統(tǒng)，又可以用于復(fù)雜的邏輯控制，而且應(yīng)用系統(tǒng)組成靈活、方便、性能穩(wěn)定。圖2為AT89S51的引腳圖。

圖2 AT89S51引腳圖

2.2 100分頻電路

因為單片機(jī)所能測出的頻率有一定的上限值，而由LC振蕩電路振蕩出來的頻率為0.4~3 MHz，經(jīng)100分頻后，變?yōu)轭l率范圍為4~30 kHz，落在單片機(jī)所能測出頻率的范圍內(nèi)。74HC390是二-五進(jìn)制計數(shù)器，可以接成100進(jìn)制的計數(shù)器。100分頻電路如圖3所示。

圖3 100分頻電路

2.3 LCD顯示電路

點陣字符型液晶顯示器專門用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號及少量自定義符號的顯示器。這類顯示器把LCD控制器/點陣驅(qū)動器/字符存貯器全做在一塊印刷板。這里采用日立公司的HD44780液晶顯示模塊來顯示測量結(jié)果。HD44780具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實現(xiàn)字符移動/閃爍等功能。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸2種方式。LCD顯示電路如圖4所示。

圖4 LCD顯示電路

2.4 LC振蕩電路

LC振蕩電路采用電容三點式的電容反饋式振蕩器。該振蕩電路的主要特點是容易起振、頻率穩(wěn)定度高、頻帶寬。頻帶的寬窄，直接影響著所能測試的電感和電容的范圍。因此，如何盡最大可能擴(kuò)大LC振蕩電路的工作頻帶，成為影響整個測量儀性能的關(guān)鍵因素之一。該電路原理如圖5所示。

圖5 LC振蕩電路

3 程序設(shè)計

由于采用單片機(jī)測量頻率和處理相關(guān)的運(yùn)算，其涉及到浮點數(shù)的運(yùn)算，如果采用匯編語言來編寫浮點數(shù)的運(yùn)算，工作量將很繁重。因而選擇C51來編寫程序，使得浮點數(shù)運(yùn)算的程序編寫量大大簡化。并且整個程序設(shè)計結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)模塊方式，使整個程序的結(jié)構(gòu)清晰。整個測量程序的流程圖如圖6所示。

圖6 測量程序流程圖

4 結(jié) 語

該電感電容測試儀采用單片機(jī)智能控制，數(shù)字顯示、操作簡單、使用方便。其所能測量的電容，電感的范圍及測量精度，都能滿足一般應(yīng)用場合的需要。

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作者簡介

何富運(yùn) 男，1982年出生，廣西陸川人，碩士研究生。主要從事自動化測量與控制方面的研究。

羅曉曙 男，1961年出生，湖北應(yīng)城人，教授，博士。