基于C8051的谐振法测电容电感

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  摘 要:本系统以C8051F360单片机最小系统为核心,实现电容电感的自动测量与显示的功能。输出信号是由AD9833产生频率范围为1Hz~1MHz可调的正弦波,输出信号通过AD637转换供单片机AD采样读取。通过软件调节输出正弦波的频率,以达到自动测量的功能。同时通过按键达到电容电感测量可切换。电容测量范围为100pF~10000pF,电感的测量范围为100uH~10000uH,测量精度为±10%。
  关键词:C8051F360;并联谐振;RMS;DDS
  1系统总体设计
  利用并联谐振法,基于DDS技术的高性能、高分辨率、高稳定度的信号源,能较好的解决频率稳定性的问题,通过合理的程序编写,能较好的解决测试时间长的问题,完全可以构成高性能RLC测量仪,故采用本方法。系统总体原理框图如图(1)。
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  图1 系统总体结构
  2硬件电路设计
  2.1 DDS信号源
  采用AD9833产生正弦波,频率范围为1Hz~1MHz。通过SPI串行接口与单片机相连,通过写28位频率字改变输出频率。当外部参考时钟为25MHz时,输出信号可以达到小于0.1Hz的分辨率。AD9833产生的信号通过两级放大,与电压跟随器,恒压输出到测试接口。
  2.2 测试接口
  通过两个继电器的开合,使电路处于测电容状态和测电感状态,继电器的控制由单片机的一个I/O口控制。当测量电容时,取2mH标准电感,电容的测量范围为100pF~10000pF,误差<10%。当测量电感时,取313nF标准电容,电感的测量范围为100uH~10000uH,误差<10%。
  2.3 AD637(RMS)
  AD637属于高准确度的单片真有效值/直流转换器。输入电压有效值0~2V时,最大非线性误差<0.02%。它能计算任何复杂波形的有效值,并用分贝输出,量程为60dB,频带宽。当输出信号有效值为1V时,其频率上限高达8MHz。
  3软件流程设计
  程序主要实现电容电感测量的功能,通过按键来判断是测量电容还是电感,通过P2.6通断继电器即可。通过写频率字给AD9833,产生正弦波。从频率为0Hz,步进为10000Hz开始步进,判断电压与前一电压的大小,来确定是否谐振频率落在这一步进范围内,若超出范围,则换成下一步进值,分别为1000Hz、100Hz、10Hz。通过循环操作找到电压最大时的频率值,换算显示。
  4测试方法
  用示波器观测AD9833信号发生器输出的波形,从实际测得的波形可以看出,实际波形的频率与设置频率是否一致。再测试AD637,给其输入由信号发生器产生的标准正弦波,由AD采集显示,是否與预计的有效值电压一致。最后接入已知电容和待测电感,以及已知电感和待测电容分别进行多次测量,将测量值填入下表,计算相对误差,比较分析。测量数据的相对误差都<10%,满足设计要求。
  实际值
  5结语
  本系统以C8051F360单片机最小系统为核心,外围LC谐振电路、交直流转换电路等,可较精确地测量电容电感,并通过LCD显示。由于Q=R√C/L,为了提高测量精度,应尽量提高Q值。AD的精度也是影响本实验的一个因数,AD位数越高,测量的精度越高。
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