的高质量，具有很强的实用性，至今很多在线电阻电容电感的监控方法基本上都以此方法为基础研究发展而来。在不要求极高精度的情况下，大多数消费者都选用万用表进行电阻和电容的测量，尤其是电阻的测量。万用表能测量的电阻的范围比较宽，但需要用户自行调节选取档位，不能实现一键测量，此外万用表测试的原理都与电压有关，即其测量的所有参数基本上都是在测量电压之后再对所测得电压进行相应的处理，最后才能得出待测参数，因此，运用万用表的测量得出的电阻电容值具有一定的误差。目前万用表不设置测量电感的功能，电感的测量一般采用电桥或者高频Q表，价格相对万用表而言更贵一些。市场上将测量电阻电容电感三者集于一体的仪器还比较少见，即便是有也是价位高体积大不易于携带的，这一现象与国内人们对测试测量仪器的传统观念有关。也许是因为国内本土研发产业起步比国外晚，技术存在一定的差距，因此人们所有的重心都聚集在研发产业，而忽略了产品研发之后的测试测量。人们更关心最后功能的实现，却往往忽略了产品出产之后对各个元器件的测试与维护。因此价格便宜，操作简单，能够实现一键测量的，集RLC三者测量功能于一体的测试仪的研究具有极大的意义。
随着科技的进步，国内研发人员也慢慢改变传统观念，开始重视测试测量仪器的研究，虽然市场上还未普及集RLC三者测量功能于一体的测试仪，但却有很多学者对其进行了课题研究。比如基于自由轴式的RLC测量仪[1]的研究，此种类型的研究，大多从模拟鉴相或者准数字鉴相入手来研究RLC的测试，也有研究者提出由DDS信号寻址正弦数据表，来获得正交基准相位信号，以弥补传统自由轴式法测量精度低、速度慢的不足。除了自由轴式法，也有研究者提出基于IEEE-488接口的RLC测量仪的研究。现如今很多仪器仪表的检测数据要上传计算机进而进行运算，然而在仪器与计算机连接时由于兼容问题而产生的麻烦总是阻碍了仪器仪表类的发展，而IEEE 488并行外总线则可以解决此类问题，在此基础上进而研究的RLC测量仪则是侧重于与计算机的连接，以计算机操控仪器对RLC的测量，免去了测量者与器件之间的直接接触，在远程测量方面具有很大的发展前景。再有一种就是基于单片机的RLC测量仪的研究，单片机也叫微控制器，此类型的研究都是运用其强大的中央处理器、定时计数器来完成目标功能的实现。
本设计就是基于单片机[2]的RLC测量仪的研究，因为单片机可编程控制实现对RLC的测试，价格实惠，体积小便于携带，具有很高的实用价值。
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第二章 系统的总体设计
2.1 设计原理
单片机按不同的标准分类，可分成很多种类型，按其出产公司分类也可分为几大类，现在市场上比较常见的出产单片机的公司有STC，STC单片机主要基于8051内核，有全球唯一ID号，加密性好，抗干扰强，很受广大消费者的欢迎，因此STC的应用相对广泛； ATMEl公司的51系列单片机也是很受欢迎，尤其是初学者，一般都以通用型的51单片机入门。
本设计研究基于单片机的RLC测量仪，基于以上对单片机的了解，加上设计者对单片机的知识储备和熟练程度，同时根据本设计的性能指标要求，最终决定采用STC89C52单片机为本设计主芯片，运用其16 位定时器/计数器，外部中断，串口通信等功能和特性，与NE555振荡电路构成本设计的两大主模块，有关STC89C52单片机和NE555的介绍会在第三章进行，以下是三种测量RLC的方案比较。
2.2 方案的比较
2.2.1电桥法
电桥法[3]可以分为直流电桥和交流电桥两种，无论是直流电桥还是交流电桥都有研究者以其为原理进行RLC测试仪的研究，从其名称上就可以看出两者的区别在于一个是直流电源，一个是交流电源，事实上两者对RLC的测量原理基本上是一致的。电桥法的原理图如图2-1所示，图中的Z1，Z2，Zx，Z3可以是电阻也可以是电容或者电感，只要四者满足电桥平衡条件即可，其平衡条件如下：
j*(???)j*(???)1n2xZ*Z*e?Z*Z*e1n2x (2-1)
Z1 G Zx Zn 图2-1 RLC测量电桥
Z2 图中一般以Zx表示待测元器件，Z1为比较臂，其余两者为比例臂，要计算Zx的值，首先要调节四者达到平衡，即电表G读数显示要为零。调节电桥平衡的方法有两种，一种是保持Z1不变，同时调节Z2和Z3，当G表读数显示为零时即可，另一种就是保持Z2、Z3不变，调节Z1直至G表显示为零，相对而言第二种方法得出的结果更为准确，因此一般都选用第二种方法进行电桥平衡调节。调节电桥平衡之后就可以根据当前的数据联立方程组进行计算求解，图中除了待测元器件之外，其他都是可读值，即便不是可直接读值，也要设计外围电路
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求得其值才可进行计算。
由以上分析可知，电桥法测量RLC，在每一次测量元器件的时候都需要进行手动调节，为了得到Z1、Z2、Z3三者的读数，还需另外设计三者的外围电路，最后还需测试者手动计算待测器件的值，综上所述，本设计不采用电桥法进行本次RLC测量仪的设计。 2.2.2谐振法
如图2-2所示，其中C为标准电容，L是被测电感，Co是被测电感的分布电容。谐振法顾名思义就是需要电路谐振，电路中需要产生一个信号频率使电路谐振，然后需要测量Co的值，需要测量接标准电容时的信号源频率f1和不接标准电容时的频率f2，然后根据公式计算，公式如下：
L?1?2?f2?C02 （2-2）
图2-2 并联谐振法测量电感L
谐振法[4]测量电容的原理大体上跟以上所描述的差不多，都是设计一个谐振电路，调节信号源使电路谐振，记录下所需数据最后进行计算。运用谐振法测量L、C，电路的设计很关键，图2-2只是一个大体上的原理图，在实际的电路图中还需要一些外围电路来消除电路干扰，谐振电路的调节和判断本身也会产生一定的误差，因此谐振法所测得结果往往误差电桥法，基于以上分析，本次设计也不采用此类谐振设计RLC测试仪。
2.2.3 伏安法
图2-3所示为最原始的电路原理图，伏安法的原理是欧姆定律，需要分别使用电流表和电压表测出通过电阻的电压和电流，根据公式R=U/I求得所测电阻的值。图中Rx为待测电阻，A是流过待测电阻的电流，V为待测电阻两端电压。这种测量方法必须同时测出两个模拟量U和I，即要同时测得所测电阻两端的电压和通过所测电阻的电流数据，得到数据之后才能进行计算。与电桥法和谐振法相比，伏安法测电阻原理更为原始，也更为简单，但得出的结果却是远不如前两种方法，此外伏安法也不能实现自动化，整个电路没有很好的应用现代电子技术。
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Rx A V 图2-3 伏安法测量电阻原理图 利用万用表欧姆档测量电阻是把被测电阻与标准电阻以及电池进行串联，用电流表测出其电流，因为被测电阻与电流一一对应，就此可以读出被测电阻的阻值，如图2-4所示，相似的原理也可以用于电容的测量，只是其外围电路稍有不同。万用表测量法是学习和生活中最常用的测量电阻、和电容的方法，因其测量结果可以直接读数，不需要人工计算，价格也比较合理而广为群众接受。但是同样也有精度低的缺点，因此也不选此原理。 RxGER0 图2-4 万用表测量电阻原理图 2.2.4 所选用的方案 以上所提到的三种方案，前两种电路原理相对比较复杂，同时计算也比较繁琐，因此没有被本设计采用。无论是在测量哪种未知量，人们总会想方设法把比较难测量的未知量转换成精度比较高而且比较容易测量的参数，以此来推算出原本所要测量的未知量。在这种思想的引导下，本人认为可以把电子元器件电阻、电容、电感接入振荡电路中，由于不同参数的元器件产生的频率也不同，待测参数与其产生的频率成一一对应关系，因此可以由频率从侧面推断出待测参数，即可以根据相应的公式由频率计算出待测值。 基于以上设想，本设计的主要模块也就成型了——测量模块，主要就是振荡电路，用于产生待测参数所对应的频率；控制模块，主要是进行频率的计算和转换，控制测量类型的选择指令等；还有显示模块，即将最终的计算转换结果显示出来。确定了主要模块之后，就需要再把每一个大的模块再进一步的具体化。 测量模块采用振荡电路[5]，而振荡电路又可以分多种，按信号的波形进行分类则有正弦波震荡和非正弦波震荡，其中正弦波震荡中较常用的有LC振荡电路、石英振荡电路和RC震荡电路三种。此外，芯片的选择也是一个关键。本人查阅了大量资料，再结合自身的知识储备，最终拟定电阻和电容的振荡电路都采用NE555芯片和电阻电容构成的多谐振荡电路。待测电阻和电容作为多谐振荡电路中的一部分，由于多谐振荡电路有一个振荡频率范围，只要 5 接入的电阻在电路中激起的震荡频率在多谐振荡电路产生的有效频率范围内，电路就能对电阻或者电容进行测量而不需要进行量程切换。而电感的振荡电路则采用LC三点式振荡电路
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，LC三点式振荡电路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同种性质的，剩下的另一个元
件必须是异性电抗元件，本设计中与发射极相连的两个元器件为两个电容，剩下的一个则是电感。
控制模块主要就是主芯片的选择。本设计所需要的芯片功能主要为接收来自测量模块的脉冲，将脉冲数据进行定时计数处理形成与待测参数唯一对应的频率，再根据相应的公式进行计算转换，求出待测参数再将求得的结果送至显示部分，此外还需要有根据按键输入进行控制选择测量类型的功能。鉴于以上功能的要求，加之本人对芯片的了解，最终拟定本设计的主芯片为STC89C52。STC89C52功能强大、可靠性高、使用方便灵活、物美价廉，最主要的是可编程实现以上提到的所有功能。
显示模块的选择相对简单，虽然市场上显示器件多种多样，但是从大体上可以分为数码管显示和液晶显示两大类。无论是数码管还是液晶显示，两者各有优缺点。经过对比，再结合本系统设计的要求，最终选择了LCD12864液晶显示器。
测量模块需要测量三种元器件，则就需要再细分为三个小部分，在实际测量操作过程中测哪种器件就选相应的电路接入总电路中，这就需要增加一个选择芯片，当按键选择测量哪种元器件时，控制模块发出相应的指令，当芯片接收到指令就会做出相应的选择，将对应的测量小部分接入总电路中。能满足此要求，同时又物美价廉的芯片当属CD4052，因此本设计在最初的构思基础上增加了通道选择模块，用于测量模块与控制模块之间的连接。
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