本帖最后由 buer1209 于 2014-12-10 23:37 编辑
本设计以ATmega16L为主控芯片，DDS芯片产生正弦测试信号。主要由单片机控制模块、电阻测量模块、电容电感测量模块、显示模块以及电源模块等组成。电阻测量低阻、高阻采用不同方法来提高测量精度，低阻（<=50Ω）用恒流源法测量，高阻（>50Ω）采用分压法测量,电阻测量共设置5个档位。电容、电感采用矢量电流电压测量法，AD9850产生正弦测试信号。测量时能够根据所测元件值的大小自动换挡。实际测试结果显示，本系统测量值与电桥测量值的相对误差均小于5%。此外，还能对电感的品质因数(Q值)进行较为精确的测量。
一、理论分析与计算 1.1低阻测量方法分析 对于阻值不大于50Ω的电阻采用恒流源测量法，如图所示，电阻R1、R2阻值分别为R1、R2。Rx为待测电阻，设阻值为Rx ，恒流源电流为I。继电器打到常闭端3时，设点2处的实际电压为V0，4点处实际电压为V1，V0、V1经放大采样后实测电压分别为V0'、V1',测量完毕后，使继电器打到常开端1点，设此时2点处实际电压为V2，经放大采样后的实测电压为V2'。
考虑到实际电路中放大器放大倍数的微小变化等因素的干扰，实测电压V '与实际电压V成某一函数关系，既V '=f(V),用泰勒级数展开式逼近，设 f(x)=C+k1x+k2x2+k3x3+k4x4+…… 考虑到实际测量精度需要，经过验证，只需保留常数项和一次项，可得方程组
V0 ’= k V0+ ΔV
V1’= k V1+ΔV V2’=k V2+ ΔV V0 = I (R1+R2) V1 =IR2 V 2=IRx 求解方程组可得 Rx =R1+R2 1.2高阻测量方法分析 对于阻值大于50Ω的电阻，采用分压法测量。如图所示，电源电压Vcc恒定不变，R1、R2、R3、R4为固定电阻，其阻值分别为R1、R2、R3、R4，当继电器打到常闭端3点时，设其实际电压为V0，打到常开端1点时，设其实际电压为V1，4点处的实际电压设为V2，三点电压经AD采样后实测电压分别为V0'、V1'、V2'。
类比小电阻测量方法，利用泰勒级数展开式逼近，可得方程组
V0’= kV0+ ΔV
V1’= kV1+ ΔV V2’= kV2+ ΔV V0’=VccR2/ (R1+R2) V1’=VccR3/ (R1+R3) V2’= VccRx/ (R4+Rx) 解方程可得 1.3电容测量方法分析 电容测量电路采用容抗分压电路进行测量，电路如图。将频率为f经放大的正弦信号通入测量部分，由A/D分时采样分别采得电容电阻总分压U总及电容分压UC。
此电压为矢量值，由矢量合成直角三角形公式有： U总2=UC2+UR2 U总2 =(UCωCR)2+UC2 ，ω=2πf 最终得到电容计算公式为：
1.4电感测量方法分析 电感测量电路采用感抗分压电路进行测量，电路如图。将频率为f经放大的正弦信号通入测量部分，由A/D分时采样分别采得电感电阻总分压U总及电感分压UR。
由矢量合成直角三角形公式有： U总2=UL2+UR2 类比电容计算方法，最终得到电感计算公式为： Q值计算: 其中RS为电感等效电阻，由小电阻测量电路测得。
二、电路与程序设计
2.1系统总体框架图 2.2电阻测量电路设计 2.2.1恒流源电路 恒流源由3端正电压稳压器LM317产生
2.2.2电阻测量电路
2.3电容、电感测量电路设计
2.4信号源电路设计 采用数字频率合成（DDS）芯片AD9850构成正弦测试信号发生电路。有效值转换芯片AD637进行处理采样。电路见附录，图3-5、图3-6。
2.5显示与键盘设计（见附录，图3-7、图3-8）
2.6其它电路（见附录，图3-9、图3-10）
三、软件设计
程序总体流程图：
四、测量结果
经过对系统的全面测试，实际测试结果显示，本系统测量值与电桥测量值的相对误差均小于5%，还能对电感的品质因数(Q值)进行较为精确的测量。完成了题目所要求的基本功能和扩展功能，达到了设计要求。
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