电阻、电容和电感简易测量方法

提要：本设计是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．C．L的值，并送显示，即是把模拟量近似转换为数字量(频率f是单片机很容易处理的数字量)。这种数字化处理，一方面便于使仪表实现智能化，另一方面也避免了由于指针读数引起的误差。

一、系统原理与结构

系统框图结构如图1所示。由单片机选择通道，向模拟开关送两位地址信号，取得振荡频率，然后根据所测频率判断是否转换量程，或是把数据进行处理后，送数码管显示相应的参数值。

二、测量Rx的RC振荡电路

如图2所示，它是一个由555电路构成的多谐振荡器电路。其振荡周期为：

T=T1+T2=(1n2)(R4+2Rx)C8，故此：Rx=1／[(21n2)C8f]-R4／2为使振荡频率保持在10Hz—100Hz频段(单片机计数的高精度范围)，需选择合适的c8和R4值，同时要求电阻功耗不能太大。在第一个量程选择：R4=200Ω．C8=0.22uF；第二个量程选择：R4=20K．C8=1000pF。这样在第一量程中，Rx=100Ω时(下限)f=164kHz；在第二量程中，Rx=1M时(上限)f=714Hz。因为Rc振荡的稳定度可达10的-3次方，而单片机频率最多误差一个脉冲，所以由单片机测量频率值引起的误差在1％以下。量程转换原理为：单片机在第一个频率的记录中发现频率过小，即通过继电器转换量程。再测频率，计算出Rx值。在电路中采用了稳定性良好的独石电容，所以被测电阻的精度可达1％。





三、测量Cx的RC振荡电路

测量Cx的RC振荡电路与测量Rx的振荡电路完全一样，若将图2中的R4和Rx换成R1、R2。C8换成cx，且R1=R2，则f=1／[3(1n2)R1Cx1。两量程中的取值分别为：第一量程R1=R2=510Ω；第二量程：R1=R2=10k。这样取值使电容挡的测量范围很宽。在电路中采用精密的金属膜电阻，其值的变化能够满足1％左右的精度，使得电容的精度也可以做得较高。

四、测量Lx的电容三点式振荡电路

如图3所示，在电容三点式振荡器中，C1、c2分别采用1000pF和2200pF的独石电容，其电容值远远大于晶体管极间电容，所以极间电容可以忽略。根据振荡频率公式，对于10uH的电感其频率约等于1．92MHz。由于单片机采用6MHz晶振，最快只能计几百kHz的频率，因为在测电感这一挡时，只能用分频器分频后送单片机计数。电路的稳定性主要取决于电容，在此电路中采用性能较好的独石电容，这样使得电路的误差精度可以保持在5％以内。

五、单片机对R．C．L振荡频率的处理

由电路原理可知，仪表的精度只与校准用的电阻、电容、电感和精度成比例，而与所用的电阻、电容的标称值精度无关。因为L=K/（f的平方），只需用标准电感L测出频率f，就可以求得常数K，而无需知道C原来的精度值。单片机每次计算出频率值后先判断量程是否正确，然后通过浮点计算求出相应的参数。浮点运算采用二十四位，三个字节的长度，第一字节最高位为数符，低七位为阶码，第二字节和第三字节为尾数。因此采用这种计算方法后计数误差降低到最低限度。