高精度測(cè)量?jī)x的研究與設(shè)計(jì)

湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王 勇

中車株洲電力機(jī)車有限公司 王梨英

0 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子元件參數(shù)的檢測(cè)要求越來越高，工作者希望能有一套能直接利用、并且攜帶方便、檢測(cè)準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x器，能夠檢測(cè)電子元件的參數(shù)值，這樣對(duì)電子設(shè)計(jì)將帶來很大的方便，減少測(cè)試時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。基于此，本文通過對(duì)比當(dāng)前市場(chǎng)上的產(chǎn)品，研究設(shè)計(jì)了一款攜帶方便，測(cè)量精度高的測(cè)量?jī)x器，可以測(cè)量電阻、電容、電感的參數(shù)值，方便快捷、精度高。

1 整體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)硬件主要由主控制處理器、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、標(biāo)準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生電路、斬波自穩(wěn)零式精密運(yùn)放電路、高精度交流/有效值轉(zhuǎn)換電路、顯示模塊等組成。系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的控制模塊采用LM3S811，其具體的電路原理圖如圖2所示。

2.2 測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生電路

信號(hào)產(chǎn)生電路采用AD9851 芯片，在30 MHz時(shí)鐘下，輸出正弦信號(hào)和脈沖信號(hào)的頻率范圍為 0.291Hz～70 MHz，可通過編程任意輸出其間的頻率值，使用方便，頻率準(zhǔn)確度高。

圖2 控制模塊原理圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)電阻和電容或者電感串聯(lián)電壓比例測(cè)量電路

儀器通過繼電器轉(zhuǎn)換分別從標(biāo)準(zhǔn)電阻的兩端測(cè)量電壓。由于OPA835 的輸入阻抗較低 ，為了降低其分壓帶來的誤差，被測(cè)的電壓通過AD844構(gòu)成的電壓跟隨器，然后才通過高精度交流/有效值轉(zhuǎn)換芯片 OPA835，OPA835對(duì)被測(cè)直流量不進(jìn)行運(yùn)算通過，對(duì)被測(cè)交流量進(jìn)行運(yùn)算轉(zhuǎn)換成有效值，經(jīng)過 ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在單片機(jī)中完成比例運(yùn)算，最后得到電阻值、電容值或者電感值。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)電阻和電容或者電感串聯(lián)電壓比例測(cè)量電路

圖3 AD9851串行加載電路連接圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括測(cè)量程序、正弦信號(hào)控制程序、顯示模塊程序三個(gè)部分，三部分的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5-7所示。

圖5 測(cè)量程序流程圖

圖6 正弦信號(hào)控制程序流程圖

圖7 12864液晶顯示流程圖

4 系統(tǒng)測(cè)試

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成后進(jìn)行了電阻、電容、電感三種元件的參數(shù)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1-3所示。

表1 電容值對(duì)比表

表3 電阻值對(duì)比表

5 結(jié)論

在該設(shè)計(jì)中我們使用了LM3S811作為主控器，通過DDS芯片AD9851產(chǎn)生高精度的正弦波信號(hào)并輸出作為正弦信號(hào)源輸出。標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)流經(jīng)待測(cè)的電容或者電感和標(biāo)準(zhǔn)電阻的串連電路,通過測(cè)量電容或者電感和標(biāo)準(zhǔn)電阻各自的電壓 ，利用電壓比例計(jì)算的方法推算出電容值或者電感值。該設(shè)備易攜帶、價(jià)格低，測(cè)量準(zhǔn)確，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

[1]戴成梅,劉偉,李景紅.基于LabVIEW多功能電子測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].周口師范學(xué)院學(xué)報(bào),2012,29(5):52-56.

[2]李新春,張慶,江高念.基于IP核的便攜式綜合電子測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].激光雜志,2015,36(1):135-139.

[3]陳剛,魏麗娟,肖鐵軍.μc /GUI在NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)上的移植及應(yīng)用[J].無線通信技術(shù),2012,03:32-34.

[4]孫燈亮.數(shù)字示波器原理和應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2012.