2.3标准、电容或电感串联分压电路设计
电阻、电容或电感串联分压电路（RCL分压网络）框图所示，其中RS为100欧姆的精密电阻，R0~R7为标准精密电阻。
接待测元件RSNE5532DDS正弦波发生器S0S1S2S3S4S5S6将信号数字化传给单片机VCCS7R0R1R2R3R4R5R6R7GND3-8译码选择电路单片机控制
1．电阻测量原理
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Rb （在电路中为R1或R2等表示）的串联电路中加一交流电压U1, 标准电阻Rb 上电压为U2
A?U2U1....图4. 标准、电容或电感串联分压电路
?RbRb?Rs?Rx
Rx=
Rb?Rb?RS A2．电容电感测量原理
由于电容和电感属电抗元件,因此需要采用直流信号与交流信号结合的方法，以此来减小测量误差。加入直流信号测量电容的内阻r，加入交流信号测量电容，标准电阻Rb 上电压为U2，U1为直流电压，A为输出电压与输入电压之比，有
A?RbU2= U1Rb?Rs?rRb?Rb?RS A6
r =
在角频率为ω的交流信号U1的作用下, 标准电阻Rb 上电压为U2，得
Au?...U2U1..=
Rb1Rb?Rs?j?C?GX.
令Rb?Rs=R Au?Au=
UoUi.. 则：
RbAu令
2(RGx?1)2?(?RGx)2? 222?Cx?GxRbAu2?a (RGX?1)2=b
22aGx+a?2Cx=b+R2?2Cx2
待测点容为
1Cx=
?2b?aGx
a?R23．电感测量原理
电感测量原理与电容非常相似，加入直流信号测量电感的内阻r，在角频率为ω的交流信号的作用下,电感获得的电压为：
Au=
.U2Ui..=
Rb
Rb?Rs?Rx?j?LRb222Au?Au?.(Rb?Rs?R)?(?L)2
Rb=Au2(Rb?Rs?R)2?Au (?L)2
待测电感为
22L=
Rb?Au(Rb?Rs?R)2Au?
4．测量算法及仿真
Rb为R0~R7八个高精度标准电阻。由上面电容电感的表达式可以看出本设计要求?具有高稳定度。因此，为提高测量精度，扩大可测量范围，本设计DDS信号发生器是最为理想的信号发生器。
测量算法：电阻的测量是单片机首先默认选取一个标准电阻，频率为1kHz, 首先粗侧出待测元件的电阻, 然后将此值与程序中设好的各频段测量进行对比，判断出所测电阻所在的
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档位，再控制LRC分压网络将控制相应档位的电磁开关接通，进行高精度测量。
电感测量中，首先选择一个默认频率，如200 KHz，初测电感，然后将此值与程序中设好的各频段测量进行对比，判断出所测电感所在的档位，再控制LRC分压网络将控制相应档位的电磁开关接通，同时调整DDS信号的频率，再进行高精度测量，以此减小测量误差。通过以上算法，采用MULTISIM9仿软件，得出电阻、电感、电容测量仿真结果如表1、
表2、表3所示。
表1电阻测量仿真结果
加入f=1000Hz，有效值3.536V正弦波，测量电阻仿真结果如表所示:
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 电阻标称值/Ω 1.0_5% 100_1% 1.0K_1% 1.40K_1% 5.62K_1% 14.7K_1% 249K_1% 649K_1% 1.6M_5% 5.1M_5% Ui/V 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 Uo/V 1.759 1.414 1.607 1.414 0.518 1.437 1.011 1.560 1.368 1.533 档位 100 100 1.0K 1.0K 1.0K 10.0K 100K 510K 1M 4M 测量电阻值/Ω 1.0233 100.14 1000.37 1400.707 5626.25 14406.82 249552 645900 1584695.32 5226253.555 误差% 2.3309 0.1414 0.0373 0.0505 0.111 -1.99 0.2219 -0.4776 -0.9565 2.48 表2电感测量仿真结果
信号源频率 200KHz 200Khz 200Khz 200khz 200khz 200khz 50khz 10khz 3khz 3khz 信号源频率 6.2uh 10uh 62uh 120uh 500uh 1.3mh 11mh 62mh 100mh 120mh Ui/V 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 Uo/V 1.682 1.68 1.576 1.361 0.518 1.773 0.962 0.862 1.612 1.399 档位 100 100 100 100 100 1k 1k 1k 1k 1k 测量电感值Lx 6.3094uh 10.401uh 62.835uh 121.635uh 516.805uh 1.3171mh 11.142mh 62.788mh 100.273mh 120.334mh 电感的内阻值Rx/ohm
10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 相对误差 1.76 1.01 1.346 1.3625 3.361 1.315 1.291 1.271 0.273 0.278
8
表3电容测量仿真结果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
信号源频率 200Khz 150khz 150khz 150khz 10khz 1khz 1khz 100hz
电容标称值 5.6pf 10pf 100pf 1nf 10nf 100nf 1uf 10uf
Ui/V 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536 3.536
Uo/V 2.042 2.432 2.454 2.327 1.843 1.828 1.383 1.383
档位 100K 100k 10k 1k 1k 1k 100 100
测量电容值 5.6293pf 10.062pf 103.245pf 1.012nf 10.125nf 100.026nf 0.9992uf 9.9921uf
误差% 0.5232 0.62 3.245 1.2 1.25 0.026 0.08 0.008
2.4 真有效值测量电路
真有效值测量电路如图5所示，由于AD637 的输入阻抗较低,为了降低其分压带来的误差,被测的交流电压通过精密运放NE5532 构成的电压跟随器,然后才通过高精度交流/ 有效值转换芯片AD637转换成有效值,经过ADC 转换成数字信号,在单片机中完成比例运算,最后得到电容值或者电感值。
sine_fuduCAPACITOR POLC?UXC?VCCJP?C?GND123456714Vin12+12V-12VVout8+C?RES1+VCCVDDRMSPOT1LM324/AD637VDDCAPACITOR POL
图5. 真有效值测量电路
RPOT1
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2.5信号频率测量及幅度调节电路设计
J?CON212SINEINR?GNDPOT1VCCR?RES1JP?OUT+12VIN-OUT2IN+IN--12VIN+NE5532+12VJ?CON2-12V+5V+5VGNDK?RELAY-SPDTK?INGND1J?321CON3+12VGND-12V+12VGND+C?OUT3+5V+C?78052+5VVCCGNDR?RES1P2.6JP?1AVCC1Y6A2A6Y2Y5A3A5Y3Y4AGND4Y74143456219710IN AOUT AIN BOUT BIN COUT CIN DOUT DCLKCARRYRSTLDU?EN PVCCEN TGNDCON41413121115SINEINR?RES1+5VK?RELAY-SPSTP2.7GNDSINEPort12VCC168VCCGNDfrequence 图6. 信号频率测量及幅度调节电路
信号频率测量及幅度调节电路设计如图6所示。选用NE5532组成的可调放大电路，实现对DDS输出幅度的调节，由于信号发生器的频率范围为1 HZ -1HZ，单片机内部晶振频率是12M HZ，所以可测得的最高外部频率信号为0.5M HZ,为了进行频率的测量，选用74LS14对信号进行整形，采用二进制计数器74ls161对信号进行四分频，最后由单片机计算信号的频率。
2.6 自校准电路
自校准原理图如图7所示:用于消除设计中放大器增益和零漂变化对测量结果影响，步骤如下：
DDS正弦型号发生器标准直流电压值NE5532A/D单片机AD637
第1 步,校零。输入信号接地,开关位置在1 处。输出电压值为U1 ,假设NE5532 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
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图7. 自校准调节电路