第三章 单元模块电路的设计
3.1 系统框图
本设计为RLC测量仪，主要有控制模块,测量模块，通道选择模块和显示模块组成，其中测量模块还分成两个RC振荡电路，分别用于测量电阻和电容，一个电容三点式振荡电路，用于测量电感，在实际测量操作时，测量哪种元器件就选择与之对应的部分接入总电路中。总设计框图如图3-1所示：
待测电阻 RC 振荡电路Fr 待测电容 RC振荡电路 电容三点式振荡电路 Fc 多路选择开关 测量频率 单片机 二极管指示灯 LCD液晶显示 待测电感 Fl CD4052 Addr 按键选择电路 测量电路 通道选择 控制部分
图3—1 系统设计框图
总设计框图中，二极管指示灯部分包括1盏电源指示灯，三个状态指示灯，用于标明仪器当前所处状态；按键选择电路包括四个按键，其中一个是复位按键，其他三个是功能选择按键，即按键选择测量电阻R、电容C或者电感L。如系统框图中所显示的那般，以测量电阻R为例，当按键选择测量电阻R时，测量电阻指示灯亮，单片机STC89C52接收到选择“RC震荡电路测电阻模块”的电平信号，同时单片机中预先编写好的程序运行，随后就会将按键选择所对应的指令传至CD4052，CD4052在接收到单片机传过来的指令后就会选择“RC震荡电路测电阻模块”接入总电路中，此时测量模块所产生的脉冲信号就通过CD4052传入单片机中，单片机运用其定时计数功能测定待测电阻的频率，经过多次计数采样得出一组数值，再进行一定的数据处理，公式计算，最终得出待测电阻的参数值，单片机对LCD液晶显示初始化，再将计算得出的电阻参数值输出传入LCD12864进行显示。至此，一次完整的电阻的测试过程结束，其余两种器件的测量过程与此过程相同。各模块的详细介绍在下文继续说明。
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3.2 控制模块
图3-2 控制模块电路图
本设计控制芯片的选择较为简单，因为本设计所要求的芯片功能大多数芯片都具备，因此只需要考虑芯片成本及设计者自身对芯片的了解来选定即可。鉴于此情况，本人了解到STC89CXX、AT89SXX、DSP的成本相差不大，结合本人自身对芯片的了解，最终选用STC89C52作为本设计的主芯片。以下是有关STC89C52芯片的特点、内部结构的简单介绍。
STC89C52单片机[8]是CMOS 8位微控制器，分别有P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。本设计使用了其P0口的3个引脚，用于连接LCD12864；P1口的6个引脚，其中三个为电阻电容电感的测量选择按键，其余三个连接当前状态指示灯；P2口则使用了两个引脚，分别是P2.0，P2.1，用于连接CD4052，控制其对三个测量小部分的接入选择；P3口则只用到了P3.5引脚，运用了其定时计数[9]的功能。除此之外，每块单片机的电源和地引脚都是必须用到的，本设计还设置了复位键，因此还用到了RST功能引脚，此外晶振电路还用到了片内振荡电路的输入端和片内振荡电路的输出端 。STC89C52芯片的
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定时器可以通过外部时钟源来计数，这样就可以把555电路所产生的频率作为STC89C52的定时器的时钟源，那么被测电阻、电容和电感对应产生的频率就非常容易得到。
3.3 电阻测量模块
图3-3 电阻测量模块
3.3.1 工作原理
555定时器早在1971年就已出现并被广泛应用，虽然历经一个多世纪的发展，但因其引脚功能和运用都是相容的，因此至今仍被广泛应用。本设计即运用NE555和电阻电容构成多谐振荡电路，将待测电阻或者待测电容作为振荡电路的一部分，当不同参数值的待测器件接入振荡电路，电路产生的频率也会不同，据此就可以推算出待测器件的参数。图3-3即为电阻测量模块，整个电路简单明了，原理也不复杂。 NE555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：
?RRT=T1＋T2＝ln2*(R)*C12+ ln2*(R16X?1717?RX)*C12 (3-1)
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则：?=
1 (3-2)
0.693*C(R?2R?2R)1216X17????1?? 计算可得：RX?? (3-3) ?R?R?1617??20.693*C*f12????其中R16=1KΩ, R17=1KΩ,C12=0.1U，在本设计中电阻震荡电路产生待测电阻的频率?，接着单片机通过T0计数，再通过T1定时测出频率，然后在程序中利用公式(3-3)计算出Rx的值即可完成电阻的测量。
3.3.2 555芯片的简介
555芯片[10]的引脚图：(如图3-4）
就如所有芯片一样，555芯片也有电源引脚（Vcc），地线脚和复位脚，这些都是每种芯片都必须的引脚，除此之外555芯片还有引脚2触发功能，引脚3输出电平，5脚是控制电压，6脚是阀值电压，7脚是放电功能。芯片本身引脚很少，但是有由却可以构成无数种应用电路，多谐振荡器就是其中一种。
图3-4 555芯片的引脚图
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3.3.3 555定时器的多谐振荡器
图3-5 555间接反馈型
555定时器构成多谐振荡器,如图3-5所示。参数关系如下：
T?tw1?tw2?0.7(RA?2RB)Cf?D?11.44?T(RA?2RB)CtT1?100%?w1?100%TT（3-4）
（3-5） （3-6）
其中T为周期、?为频率、D为占空比。
本设计即是运用了此原理，将待测电阻RX接在7脚和RB之间，因除了RX之外其余参数皆已知，因此可以根据公式计算出RX。
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