基于PIC單片機控制的RLC智能測量儀設計

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)進行精確測量。采用傳統(tǒng)的儀表進行測量時，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)過理論分析和實驗研究，采用正交采樣算法，并由單片機控制實現(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，在未來的應用中將具有廣闊的前景。

　　1 硬件電路設計

　　此測量儀硬件設計思路如圖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，實現(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，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，用來選擇待測元件或基準電阻信號；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，用于將由單片機發(fā)出的控制信號鎖存并傳輸給U1，U2，U5實現(xiàn)程控；由于U1，U2，U5開關切換的驅(qū)動電壓要求達到5 V以上，而單片機的高電平僅為3～5 V，達不到驅(qū)動電壓，所以要采用一個集電極開路的驅(qū)動器(74LS07)才能實現(xiàn)由單片機控制的開關切換(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與74LS273相接端口的高低電位，就可以控制模擬開關選擇不同的通道，從而實現(xiàn)自動的量程檔位轉(zhuǎn)換和增益控制。

　　2 軟件程序設計

　　本測量儀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。

　 軟件程序的設計思路如圖3所示。

　　3 實驗結(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

　　本文設計了一種基于PIC單片機的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) 可以實現(xiàn)量程電阻的自動轉(zhuǎn)換，無須人工選擇檔位。

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

　　(5) 對測量儀進行擴充后還實現(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)進行測量，這正符合當今測量儀器的發(fā)展趨勢，他將具有廣闊的應用前景。