原创 【博客大赛】简易电阻、电容和电感测量仪

          本系统主要采用TI公司生产的MSP430F1611低功耗单片机作为主控制器，由NE555定时器产生方波振荡器，通过改变电阻和电容的大小，得到不同的频率，以及由电容三点式电路中改变电感大小得到不同的频率，再经过按键控制模拟开关调换不同档位，单片机时钟端口捕获，内部软件计算得到电阻、电容和电感的大小。

1.方案论证

1.1电阻测量方案

通过分压、分流及振荡等不同电路可以分别进行电阻的测量选择。

方案一：根据串联分压原理Rx=Ux/(Uo/Ro)可知串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测量Ro与Rx上的电压，再由公式计算得出电阻大小，但该电路的缺点是电路简单，误差较大，完成不了题目的精度要求。

方案二：利用直流电桥平衡原理，通过调节已知电阻与调节电位器的方式可以计算出Rx，但缺点是要测量所调节的电位器阻值，并不符合题目的要求。

方案三：利用555定时器构成的多谐振荡器，通过不同的Rx可以产生不同的频率方波，再经由单片机的测频，能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值，可行性很好。

比较三种方案，选择方案三能够完成题目的要求。

1.2电容测量方案

通过串并联及振荡等不同电路可以分别进行电阻的测量选择。

方案一：直接通过串联电路原理，通过电容换算的容抗跟已知电阻的分压，用分压公式测量电容大小，但缺点是精度不高，完成不了题目的要求。

方案二：利用交流平衡原理，通过调节Z与已知的电容容值，可以完成Zx的测量，但缺点是要测量调节电容Z的容值，不符合题目要求。

方案三：利用555定时器构成的多谐振荡器，通过不同的Zx可以产生不同的频率方波，再经由单片机的测频，能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值，可行性很好。

比较三种方案，选择方案三能够完成题目的要求。

1.3电感测量方案

方案一：直接通过串联电路原理，通过电感换算的感抗跟已知电阻的分压，用分压公式测量电感大小，但缺点是精度不高，完成不了题目的要求。

方案二：电容三点式构成的正弦波振荡器，通过不同的Lx可以产生不同的频率方波，再经由单片机的测频，能够很好的完成精度问题并显示不同的阻值，可行性很好。

通过比较，方案二精度高，选择方案二。

1.4显示方案

不同的显示器有各自不同的显示功能，并完成其相应的要求。

方案一：采用LED数码管显示，容易读数，但其缺点是只能显示一些简单的数字与字符，完成不了多功能的显示。

方案二：采用1602液晶显示，显示字符多，而且具有低功耗节能的优点，能够很好的完成题目的要求。

根据题目的多功能要求，故选择方案二。

2.总体方案的描述

根据题目的要求，系统一共分为三大部分，第一部分为电阻、电容和电感的振荡电路，包括555定时器的方波振荡模块；第二部分为量程切换部分，主要用到模拟开关模块；第三部分为控制显示部分。

当测量不同的电阻时，自动切换档位，通过单片机内部的软件程序，计算出被测电阻值。

5.1调试方法和过程  

采用先分别调试各个单元模块，调通后再进行整机调试的方法，提高调试效率。各个单元均调通后，进行整机调试。调试成功后再将程序写入单片机中进行调试。调试结果显示，整个系统能够正常工作。

5.2测试仪器  

函数发生器（INSTEK FUNCTION GENERATOOR） 

万用表（M9803 TRUE RMS MUL TIMETER）

示波器（OSCILLOSOPE GOS-620 ）20M

5.3 测试数据

首先连接好电路，分别进行电阻、电容和电感的测量。

5.3.1 电阻测量数据如下表1

表1 电阻数据测量

5.3.2 电容测量数据如下表2

表2 电容数据测量

5.3.3 电感测量数据如下表3

表3 电感数据测量

6.测试误差及分析

6.1 理论分析误差

用时钟信号扫描输入信号时，上升沿和下降沿之间的脉宽发生变化时MCU未能准确捕获，导致最后的计算产生误差；硬件电路的频率与测量元件并不是严格的线性关系对应，计算公式有一定的误差。

6.2 实际测量误差  

在系统工作做状态下测量时，外界干扰和测试仪器的微小偏差导致测量的不精确。温度对测量元器件有较大影响。