基于PIC單片機(jī)設(shè)計(jì)的RLC智能測量儀

在使用電子元器件時，首先需要了解其參數(shù)，這就要求能夠?qū)υ骷膮?shù)進(jìn)行精確測量。采用傳統(tǒng)的儀表進(jìn)行測量時，首先要從電路板上焊開器件，再根據(jù)元件的類型，手動選擇量程檔位進(jìn)行測量，這樣不僅麻煩而且破壞了電路板的美觀。經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，采用正交采樣算法，并由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)在線測量、智能識別、量程自動轉(zhuǎn)換等多種功能，可大大提高測量儀的測量速度和精度，擴(kuò)大測量范圍。因此這種RLC測量儀既可改善系統(tǒng)測量的性能，又保持了印刷電路的美觀，較傳統(tǒng)的測量儀還具有高度的智能化和功能的集成化，在未來的應(yīng)用中將具有廣闊的前景。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

此測量儀硬件設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

由于PIC單片機(jī)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(jī)之前需對其進(jìn)行電位提升，使整個正弦信號任意時刻的電位均大于或等于0。另外本測量儀具有量程自動轉(zhuǎn)換和增益自動可控的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電路如圖2所示。

圖2中U1(CD4051)是一個單刀八擲的模擬開關(guān)，用以完成量程電阻擋位的轉(zhuǎn)換；U2(CD4052)是一個雙刀四擲的模擬開關(guān)，用來選擇待測元件或基準(zhǔn)電阻信號；U3，U4，U5，U6共同組成一個增益可以控制的儀用差分式放大電路，其中U5(CD4052)是用來切換增益倍數(shù)的；U8 (74LS273)是一個鎖存器，用于將由單片機(jī)發(fā)出的控制信號鎖存并傳輸給U1，U2，U5實(shí)現(xiàn)程控；由于U1，U2，U5開關(guān)切換的驅(qū)動電壓要求達(dá)到 5 V以上，而單片機(jī)的高電平僅為3～5 V，達(dá)不到驅(qū)動電壓，所以要采用一個集電極開路的驅(qū)動器(74LS07)才能實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)控制的開關(guān)切換(R13，R14，R15，R16，R17為 74LS07輸出端的上拉電阻)。

這樣通過程序控制單片機(jī)與74LS273相接端口的高低電位，就可以控制模擬開關(guān)選擇不同的通道，從而實(shí)現(xiàn)自動的量程檔位轉(zhuǎn)換和增益控制。

2 軟件程序設(shè)計(jì)

本測量儀的測量原理是以正交采樣為基礎(chǔ)。首先選用頻率恒定的正弦信號作為標(biāo)準(zhǔn)測量信號，然后用待測元件和基準(zhǔn)電阻串聯(lián)對測量信號進(jìn)行分壓，最后由單片機(jī)分別對待測元件和基準(zhǔn)電阻分壓后所得的信號進(jìn)行正交采樣處理。

由于流過電容或電感的電流與其兩端的電壓存在90°的相位差，因此只需在任一時刻采樣得到交流信號瞬時值V1，然后相移90°，再采樣得到瞬時值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(shè)計(jì)思路如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1給出了該測量儀在測量頻率為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(shù)、損耗角正切值。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一種基于PIC單片機(jī)的RLC智能測量儀，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(shù)值。

(3) 可以實(shí)現(xiàn)量程電阻的自動轉(zhuǎn)換，無須人工選擇檔位。

(4) 當(dāng)測量正弦信號的幅度過小時，可以自動實(shí)現(xiàn)增益放大，從而不影響精度。

(5) 對測量儀進(jìn)行擴(kuò)充后還實(shí)現(xiàn)了二極管、三極管的測量。

由此可見，此測量儀具有高度的智能化和集成化，可精確地對元器件參數(shù)進(jìn)行測量，這正符合當(dāng)今測量儀器的發(fā)展趨勢，他將具有廣闊的應(yīng)用前景。