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《基于单片机的高精度电容电感测量仪-开题报告》-单片机

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本资源内容包括:开题报告

一、《基于单片机的高精度电容电感测量仪》-资源截图


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二、《基于单片机的高精度电容电感测量仪》-资源简介:
20XX 毕业设计(论文)开题报告
题    目      基于单片机高精度电容电感测量仪    
      学    院              电气信息工程学院                                 
      专    业                  通信工程                
毕业设计(论文)开题报告
指导教师意见(对课题设计(研究)内容的深度、广度及设计(研究)方案的意见和对毕业设计(论文)结果的预测等)
一、课题研究意义及目的
 目前,伴随着高科技产业和电子工业的蓬勃发展,电子元器件的应用范围越来越广泛。在电子产品的控制电路中,电感和电容性能的好坏决定了电路各项功能的优劣,因此对电容器和电感器性能的判定是非常重要的。此外,单片机技术已经在智能化测量仪表中得到越来越广泛的应用。利用单片机的软件来代替硬件功能,可以实现仪表测量的自动化,并能进行数据分析处理,以达到仪表的高可靠性、高精度和多功能。目前市场中的电容电感测量仪存在精度不够高、操作繁琐、成本高、不能实现快速自动测量的缺点。本文介绍了一种基于51单片机来实现的电容电感测量智能仪器设计,在测量精度和智能化方面得到了改进。
二、主要设计内容
本课题要求利用单片机作为控制核心的测量仪的设计方案,产生正弦波信号经过预处理和A/D转换后,传输到单片机,单片机进行算法计算得出相应电感电容值,通过液晶屏显示数据,实现信号的实时采样、数据处理以及显示等功能。
课题具体工作任务如下:
1.查阅资料,确定设计方案;
2.确定系统功能模块,设计系统框图;
3.根据系统框图,搭建硬件电路;
4.根据功能要求,设计软件;
5.软、硬件联合调试;
6.完成作品,撰写论文。
 
三、设计方案
通过查询相关资料,了解了课题的研究意义,在网上和图书馆查阅了相关的资料,知道了课题所涉及到的基本原理,明白了课题该如何去完成,设计出了大体上的功能模块,能够画出较为完整的功能模块图,进一步对功能模块进行细化,设计出的软硬件方案具体如下:
 
1. 设计原理
测量原理
电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻相比较的方法,其原理是在待测电阻Rx与标准电阻R1的串联电路中加一电流I,这样Rx和R1上将得到电压Vx和V1,则:
                   
本设计采用了与测量电阻相同的测量方法即电压比例法来测量电容和电感。由于电容和电感属电抗元件,因此不能采用直流来产生测量信号,而只能采用交流信号。在角频率为ω
的交流信号的作用下,电容和电感获得的电压分别为:
                      
                  
式中:和为待测电容和电感。
标准元件的选择有许多种方法,但为了提高测量精度和降低成本,本设计采用了标准电阻,他获得的电压为:

根据电压比例法,经过计算可得:
   ,
式中:、、分别是、、的模值。由上述两式可见,为保证测量精度,必须保证电阻的精度和角频率ω的高稳定度。为此,在设计中采用了高精度和高稳定度的波形产生芯片AD9850。
‚自校准原理
首先校零,将输入信号接地,输出电压值为U1,假设OP07的增益为G,S为折算到输入端的由放大器增益和零点漂移变化引起的变化的数值,则有:
               
    然后输人标准直流电压值记为Ur。放大电路的输出值为U2:
       
    输人待测信号Ux,由于是交流电压,需要先经过AD736芯片。放大电路的输出值为U3:
       
    由上述三式可以得到:
       
   从上式可以看出,已消除放大器漂移变化带来的误差影响。实现了本仪器的高精度测量。
2. 硬件设计方案
硬件设计框图如下所示:
基于单片机的高精度电容电感测量仪_硬件设计框图
图1 硬件设计框图
硬件设计中,各部分功能如下所示:
AD9850信号源:产生频率纯净、频率和相位都可编程的控制的模拟正弦波信号,为整个系统提供激励信号。
    串联分压电路:经典的标准阻抗测试电路,配合单片机完成测量工作。
精密运放OP07:非斩波稳零式精密运放,输入偏置电流小,失调电压小,共模抑制比高,温度漂移小,性能稳定,适合做缓冲电路。AD736输入阻抗较低,为了减小转换误差,被测的交流电压通过由OP07构成的缓冲电路,再进行真有效值转换。
自校准电路:自校准电路的目的是消除设计中放大器和零漂变化对测量结果的影响。
    AD736:真有效值转换芯片,交流信号的真有效值等于在同一负载上产生同等热量所需的直流量。
ADC:采用ADC0832芯片,开关电容逐次逼近型AD转换器,8位精度分辨率,双通道A/D转换芯片。可以将经过处理后的模拟信号转换成数字信号,方便单片机进行识别处理。
电源模块:给整个电路供电。
单片机:采用STC89C52芯片,本次设计以单片机作为主控制处理器,其主要任务是选择测量方式,获取数据,实现数值计算以及显示工作。
显示模块:采用液晶模块1602LCD,具有结构简单、成本低、配置灵活、方便与单片机接口。本次设计将采用1602液晶模块负责显示测量数据。
3.软件设计方案
  本次设计准备采用C语言编写程序,采用模块化程序设计方法,设计流程图2所示:

图2 软件设计流程图
图2中,首先进行初始化,主要包括芯片,单片机相应串口以及显示屏的初始化。先设定一个初始频率,AD9850产生稳定的高精度正弦波信号,流过串联起来的标准电阻和待测电容或者电感,单片机判断当前测量的是电感还是电容,经过模数转换芯片得到输入激励信号的真有效值和待测件的真有效值,单片机根据算法转换计算出电感或者电容值,最后由1602液晶模块显示数据。
四、预期研究成果
本次设计一款高精度电容电感测量仪,设计完成作品的具体功能要求以及技术指标如下:
1.电感范围:0.1uh - 100uh;
2.电容范围:10-4uf -100uf;
3.能够实时显示测量数值;
4.精度:1% 。
五、进度安排
2017.01.20-2017.02.20   确定选题,给定具体任务要求
2017.02.21-2017.03.01   根据选题任务要求收集查阅资料,选择设计方案
2017.03.02-2017.03.10   确定设计方案,完成开题报告撰写
2017.03.11-2017.04.20   完成硬件电路设计,部分软件设计,准备中期检查
2017.04.21-2017.05.05   软件作品完成,软硬件联合调试,完成作品
2017.05.06-2017.05.30   总结成果,撰写论文,准备答辩
六、参考文献
[1] 刘军,李智.基于单片机的高精度电容电感测量仪[J].国外电子测量技术, 2007, 26(6):48-51.
[2] 陈江华.一种实用的电容、电感和电阻自动测量仪[J].计量与测试技术, 2002(1):21-22.
[3] 万其力,吴文彪.基于DDS及单片机的函数产生器设计[J].西安邮电学院学报, 2003, 8(3):35-38.
[4] 王明娟,曾繁政,曲艺.电容电感测试仪的设计[J].电子科技, 2010, 23(11):35-37.
[5] 赵振.高频电容、电感测量方法及实现[D].成都:电子科技大学, 2015.
[6] 韦炜.新型电容电感测量仪的设计[J].现代科学仪器, 2013(1):69-72.
[7] 林占江,林放,张乃国.电子测量仪器原理与使用[M].1.北京:电子工业出版社, 2006 :17-18.
[8] 邓斌.电子测量仪器[M].1.北京:国防工业出版社, 1999 :3-8.
[9] 王选民,陈柘,黄利君.新型RLC测试仪设计[J].西安科技大学学报, 2011, 31(3):371-375.
[10] 陈仁伟,朱长青,岳夕彪.高准确度有效值转换电路的设计与实现[J].电子测量技术, 2010, 33(6):20-23.
  
指导教师签名:
年   月   日
 
系(教研室)审核意见:
            
系主任签名:
                                                   年    月    日
 
注:开题报告应在指导教师指导下由学生填写,经指导教师及系审核后生效。

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