简易RCL测试仪报告

简易电阻、电容和电感测试仪

摘要 ：在现代化生产、学习、实验当中，往往需要对某个元器件的具体参数

进行测量，在这之中万用表所选择使用。然而万用表有一定的局限性，它不能够测量电感，而且容量稍大的电容也显得为力，所以制作一个简单易用的电抗元器件测量仪是很有必要的。

本系统是以STCC52单片机为基础，用555定时器振荡电路测量电阻、电容，用电容三点式测电感。三种方式产生的频率值送到单片机的计数器口进行计数，通过单片机操作实现频率到各个电参数的转换，然后用数码管显示出来。本系统实现了使用三个按键分别控制R、C、L的测试，用 红、黄、绿三个发光二极管分别代表三种类别的测试，同时每个电参数都有两档，用发光二极管的自动转换来指示。

关键词： STCC52单片机 555多谐振荡电路 电容三点式振荡

Abstract：In modern production, learning, experiment, often require

specific parameters of a component is measured, the multimeter with its easy to use, low power consumption advantages used by most people. so making a reactance components easy to use measuring instrument is very necessary.

The system is based on STCC52, using 555 timer oscillator circuit measuring the resistance, capacitance, inductance capacitance measurement with three point. Three ways to produce frequency counter to the port count, through the SCM operation to realize frequency conversion to various electrical parameters, and then use the digital tube display. This system has realized using three buttons control R, test C, L, three categories representing with red, yellow, green three light-emitting diode test, at the same time, each of the electrical parameters are two files, automatic conversion LEDs to indicate.

1

目录

一、设计功能及要求............................................3 1.1 设计要求..................................................3 1.2 系统功能..................................................3 二、方案设计与论证............................................3 2.1 方案一 电桥法.............................................3 2.2 方案二 振荡法.............................................4 三、系统硬件电路设计..........................................4 3.1 电路方框图及说明..........................................4 3.2 各部分电路设计............................................4 3.2.1 电阻测量电路..........................................5 3.2.2 电容测量电路..........................................5 3.2.3 电感测量电路..........................................6 3.3 测量数据..................................................7 3.3.1 电阻值及误差..........................................7 3.3.2 电容值及误差..........................................8 3.3.3 电感值及误差..........................................9 四 软件实现...................................................10 4.1主程序流程图...............................................10 4.2用软件补偿后的测量值.......................................11 4.2.1 电阻值及误差.........................................11 4.2.2 电容值及误差.........................................12 4.2.3 电感值及误差.........................................12 4.2.4 分析.................................................13 五 心得 ......................................................13

2

1.1 设计要求

设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下：

1．基本要求

（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。

（2）测量精度：±5% 。

（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。 2．发挥部分

（1）扩大测量范围。 （2）提高测量精度。

（3）测量量程自动转换。

1.2 系统功能

1、 基本完成以上具体要求

2、 使用三个按键分别控制R、C、L的测试

3、 红、黄、绿三个二极管分别代表三种类别的测试

4、 每个电参数都有两档，用发光二极管的自动转换来指示。

二、方案设计与论证

测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。

2.1 方案一：电桥法

能同时测量电器元件R、L、C的最典型的方法是电桥法，电阻R可用直流电桥测量，L、C可用交流电桥测量。其主要框图如下：

3

图1.利用电桥法测电参数

通过调节阻抗3 Z使电桥平衡，这时电表读数为零。根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求出被测参数。但是，参数的值还要通过联立方程求解，调节电阻一般只能手动，电桥平衡的判别难以用简单电路实现。这样，电桥法不易实现自动测量。

2.2 方案二：振荡法

这种方法的思想是将较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路，我们把电子元件的集中参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后再运算求出R、L、C的值，并送显示，转换的原理分别是RC振荡和LC三点式振荡。其实，这种转换就是把模拟量近似地转换为数字量，频率f是单片机容易处理的数字量。因此，此实验中，我们采用此种方案。

三、系统硬件电路设计

3.1电路方框图及说明

系统分三大部分：测量电路，通道选择和控制电路。如下图所示。 二极管指示 ATC

通

道C 被测电容 选数码管指示

择 52

电容三点 按键控制测被测电感 式测电感 量电路 被测电阻 RC振荡电路

图2.硬件电路框图

3.2 各部分电路设计

3.2.1电阻测量电路

电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为： T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1

4

计算频率的公式f=1.443/(R1+2R2)*C

电路分为2档:

1、 100≤Rx<1000欧姆：R1=1K, R2=100Ω；C2=100nF 对应的频率范围为： 6.7K≤fx < 48.1K

2、 1000≤Rx<1M欧姆：R1=20K, R2=100kΩ；C2=100nF 对应的频率范围为： 48.1K≤fx < 125K

图3.振荡电路测电阻低档图

图4.振荡电路测电阻高档图

3.2.2电容测量电路

电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：

T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx

测频率的公式为：f=1.443/(R1+2R2)*C

5

图5.振荡电路测电容电路图

3.2.3电感测量电路

电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。 测频率公式为：

图6.用电容三点式测电感电路

电感电路分析：一开始R3的阻值设为2k，结果后面出来的波形是首先快速起

振，快速起振后，达到稳定，但是稳定之后，电压值越来越小，最后又变为零，变为零之后再次起振，如此循环下去。因此最后经过比较器之后，出来的方波是

6

间歇型的。于是我们就将R3改为1K，此时由于电阻减小，使得Ie，Ib的电流增大，加大了热噪声，从而使得起振速度大大提高，起振时间减小，比较出来的方波便没有间歇性了。这样就与测电阻，电容出来的频率一致了，便于软件的统一实现。

3.3测量数据

3.3.1用上述电路图测得电阻值及误差

电阻值 72Ω 100Ω 150.2Ω 237Ω 353Ω 502Ω 765Ω 1KΩ 100KΩ 420KΩ 510KΩ 600KΩ 1.062MΩ 测量值(HZ) 87.78K 86.133K 83.2K 78.183K 70.735K 62.616K 51.605K 43.52K 65.32K 11.77K 13.82K 11.678K 6.68K 理论值（HZ） 126.14K 120.25K 110.96K 97.7K 84.58K 72.006K 57.036K 48.1K 65.59K 11.9K 14K 11.827K 6.73K 误差 30% 28.3% 24.39% 20.13% 16.37% 13% 9.5% 9.5% 0.4% 1% 1.3% 1.26% 0.74% 分析：由上述表格得到，在电阻值很小时，测量误差很大，随着电阻的逐渐增大，

7

误差逐渐减小。在电阻值大于1k时，测量误差很小，满足实验要求。因此，可以在软件写程序时，将测得的频率值分为三档，即小于300Ω时为一档，大于300Ω小于1k时为一档，大于1k时为一档。对于每一段，用不同的补偿方式。最后使误差小于5%。

3.3.2用上述电路图测得电容值及误差

电容值 101 471 102 152 222 332 103 104 474 测量值（HZ） 18.8K 4.24K 2.02K 1.450K 900 600 217 21.4 4.48 理论值（HZ） 21.4K 4.55K 2.14K 1.427K 973 8 214 21.6 4.56 误差 12.1% 6.8% 5.6% 1.6% 7.5% 7.4% 1.4% 0.93% 1.75% 分析：由上述表格得到，在电容值很小时，测量误差很大，随着电容的逐渐增大，误差逐渐减小。在电阻值大于10nf时，测量误差很小，满足实验要求。因此，可以在软件写程序时，将测得的频率值分为三档，即小于1nf时为一档，大于1nf小于10nf时为一档，大于10nf时为一档。对于每一段，用不同的补偿方式。最后使误差小于5%。

3.3.3用上述电路图测得电感值及误差

8

电感值 33μH 47μH 100μH 330μH 680μH 1mH 2.2mH 3.3mH 4.7mH

测量值（HZ） 132.15K 113.5K 78.67K 40.51K 29.57K 24.85K 17.3K 14.53K 12.23K 理论值（HZ） 123.9K 103.82K 71.2K 39.18K 27.29K 22.51K 15.17K 12.39K 10.38K 误差 6.66% 9.32% 10.49% 3.39% 8.35% 10.39% 14.04% 17.27% 17.82% 分析：通过上述数据可以得出，在330uf之前的误差较大，在680uf之后的误差也较大，因此，亦可以将频率值分为三档，分档补偿，使最后的测量值小于5%。

四、软件设计

4.1主程序流程图

9

初始化 否 判断是否有键按下 是

按键分析，设置测量类型 测测测量量量 电电电阻 容 感

开中断

定时器设置 通道及指示灯 设置 采值并计算

判断是否 否

超量程

是

Led移位显示

数码管显示

10

4.2用软件补偿后的测量值 4.2.1 电阻值及误差

电阻值 72Ω 100Ω 150.2Ω 237Ω 353Ω 502Ω 765Ω 1KΩ 100KΩ 420KΩ 510KΩ 600KΩ 1.062MΩ 4.2.2 电容值及误差

测量值(HZ) 124.87k 118.93K 109.37K 97.822K 85.03K 72.226K 57.278K 48.28K 65.32K 11.77K 13.82K 11.678K 6.68K 理论值（HZ） 126.14K 120.25K 110.96K 97.7K 84.58K 72.006K 57.036K 48.1K 65.59K 11.9K 14K 11.827K 6.73K 误差 1% 1.10% 1.43% 0.08% 0.53% 0.31% 0.42% 0.37% 0.4% 1% 1.3% 1.26% 0.74% 11

电容值 101 471 102 152 222 332 103 104 474

测量值（HZ） 21.8K 4.585K 2.16K 1.450K 961 659 217 21.4 4.48 理论值（HZ） 21.4K 4.55K 2.14K 1.427K 973 8 214 21.6 4.56 误差 1.87% 0.77% 1% 1.6% 1.23% 1.70% 1.4% 0.93% 1.75% 4.2.3 电感值及误差

电感值 33μH 47μH 100μH 测量值（HZ） 119.77K 100.72K 72.07K 理论值（HZ） 123.9K 103.82K 71.2K 误差 3.3% 2.99% 1.22% 12

330μH 680μH 1mH 2.2mH 3.3mH 4.7mH

39.70K 27.70K 22.17K 14.93K 12.73K 10.529K 39.18K 27.29K 22.51K 15.17K 12.39K 10.38K 1.35% 1.52% 1.51% 1.58% 2.74% 1.44% 4.2.4 分析

经过软件的补偿修正之后，误差基本控制在3%之内，因此满足实验要求。

五、心得

这次的实验虽然硬件上不难，但是理论上的知识确实学到了不少，首先，在测电容及电阻的大小时，深入学习了555定时器，用原理上分析出具体各个阻值应设多少，同时用multisim软件不断模拟，找到最合适的电阻值。在测电感电路中，由于刚学习了通信电路这一课程，刚讲过电容三点式测电感的方法，于是我首先想到了这个方法。但是具体实现的时候也并不是很顺利。一开始R3的阻值设为2k，结果后面出来的波形是首先快速起振，起振后，达到稳定，但是稳定之后，电压值越来越小，最后又变为零，变为零之后再次起振，如此循环下去。因此最后经过比较器之后，出来的方波是间歇型的。这样虽然通过软件的方法也能实现，但是这样就与电阻电容的频率不一致。无法实现软件上的统一。对于这个问题，我翻了模电，通信电路这两本书，不断看这部分知识，后来分析出来Re的阻值对于后来起振影响非常大。于是我就不断的用multisim软件模拟，最后我们将R3改为1K，此时由于电阻减小，使得Ie，Ib的电流增大，加大了热噪声，从而使得起振速度大大提高，起振时间减小，比较出来的方波便没有间歇性了。这样就与测电阻，电容出来的频率一致了，便于软件的统一实现。

13