**单片机设计介绍，基于单片机的电容电感电阻测量的电表设计

文章目录

• 一 概要
• 二、功能设计
• • 设计思路
• 三、 软件设计
• • 原理图
• 五、 程序
• 六、 文章目录

一 概要

  
基于单片机的电容、电感、电阻测量的电表设计是一个综合性的项目，它结合了硬件与软件的设计，旨在实现对电子元件参数的精确测量。以下是对该设计的一个清晰概要：

一、系统概述
本系统以单片机为核心控制器，通过设计相应的测量电路，实现对电容、电感、电阻等电子元件参数的测量。单片机通过采集测量电路产生的信号，进行内部计算分析，最终将测量结果以数字形式显示在液晶屏上，或者通过通信接口传输给上位机。

二、硬件设计

1. 单片机选型
   根据测量精度、处理速度和接口需求，选择合适的单片机型号。例如，可以采用STM32F103C8T6等高性能单片机，它们具有丰富的外设接口和强大的计算能力，适合用于复杂的测量系统。
2. 测量电路设计
   电阻测量：可以采用电桥法或伏安法进行设计。电桥法具有较高的测量精确度，但需要复杂的平衡调节；伏安法则直接利用阻抗定义进行计算，但结构复杂且计算量大。实际应用中，可以根据需求选择合适的测量方法。
   电容测量：通过RC振荡电路将电容值转换为频率信号，由单片机进行计数和计算。常用的定时器电路如NE555可用于产生稳定的振荡频率。
   电感测量：通过LC振荡电路将电感值转换为频率信号进行测量。同样，可以利用NE555定时器或其他振荡电路实现。
3. 显示模块
   选择合适的显示模块，如LCD1602液晶屏，用于实时显示测量结果。单片机通过I/O接口将计算结果发送给显示模块进行显示。
4. 其他硬件组件
   包括电源模块、连接线材、接口电路等，确保整个系统的稳定运行。
   三、软件设计
5. 编程语言选择
   常用的编程语言为C语言，因其功能强大、编译与运行调试方便、可移植性高且可读性好。
6. 数据采集与处理
   编写单片机程序，实现对测量电路产生的频率信号的采集和计数。通过内部算法将计数值转换为对应的电容、电感或电阻值。
   对采集到的数据进行必要的处理，如滤波、校正等，以提高测量精度和稳定性。
7. 显示控制
   编写显示控制程序，将测量结果以数字形式显示在液晶屏上。根据需要，可以设置不同的显示格式和精度。
8. 通信接口设计（可选）
   如果系统需要与上位机或其他设备进行通信，可以设计相应的通信接口和协议。例如，可以通过UART接口实现RS232通信，将测量结果传输给上位机进行进一步处理和分析。
   四、系统特点与优势
   高精度测量：通过合理的测量电路设计和精确的算法计算，实现对电容、电感、电阻等电子元件参数的高精度测量。
   智能化显示：采用液晶屏等显示模块，实时显示测量结果，方便用户读取和记录。
   灵活扩展：系统可以根据实际需求进行灵活扩展，增加更多的测量功能和接口。
   易于维护：系统结构简单，模块化设计使得维护更加便捷。
   五、设计工具与软件
   原理图设计软件：如Altium Designer，用于设计硬件电路的原理图和PCB图。
   编程软件：如KEIL，用于编写和调试C语言程序，生成烧录文件。
   仿真软件（可选）：如Protues，用于在不实现硬件的情况下进行电路调试和仿真。
   综上所述，基于单片机的电容、电感、电阻测量的电表设计是一个功能强大、精确可靠且易于扩展的系统。通过合理的硬件和软件设计，可以实现对电子元件参数的精确测量和智能化显示。

二、功能设计

在应用中，我们常常要用到电阻、电感、电容等最基本的元器件，而对它们的测量就成为了我们经常要做的一件事。因此，设计一个安全、便捷的RLC检测仪就很有必要了。硬件方面，以51单片机为核心。测量电阻和电容，以555芯片为核心，与少量的电阻、电容相连组成振荡电路，再根据电容的充放电过程，使测量电路输出高低电平矩形波。测量电感，是以mc1648压控振荡器为核心，外接电感、电位器、变容二极管等，组成LC振荡电路，调节变容二极管，使电路发生谐振，输出矩形波。这样，就把所得的波形送给单片机，通过51单片机的定时/计数功能计算矩形波的频率，再通过公式来算出电阻、电感、电容的参数值，并送显示器显示。软件方面，通过Keil，用C语言来编程，利用软硬件的结合，制作出一个快速的、方便的、符合实际应用的RLC测量仪。

设计思路

设计思路
文献研究法：搜集整理相关单片机系统相关研究资料，认真阅读文献，为研究做准备；

调查研究法：通过调查、分析、具体试用等方法，发现单片机系统的现状、存在问题和解决办法；

比较分析法：比较不同系统的具体原理，以及同一类传感器性能的区别，分析系统的研究现状与发展前景；

软硬件设计法：通过软硬件设计实现具体硬件实物，最后测试各项功能是否满足要求。

三、 软件设计

本系统原理图设计采用Altium Designer19，具体如图。在本科单片机设计中，设计电路使用的软件一般是Altium Designer或proteus，由于Altium Designer功能强大，可以设计硬件电路的原理图、PCB图，且界面简单，易操作，上手快。Altium Designer19是一款专业的整的端到端电子印刷电路板设计环境，用于电子印刷电路板设计。它结合了原理图设计、PCB设计、多种管理及仿真技术，能够很好的满足本次设计需求。

————————————————

仿真实现
本设计利用protues8.7软件实现仿真设计，具体如图。

Protues也是在单片机仿真设计中常用的设计软件之一，通过设计出硬件电路图，及写入驱动程序，就能在不实现硬件的情况进行电路调试。另外，protues还能实现PCB的设计，在仿真中也可以与KEIL实现联调，便于程序的调试，且支持多种平台，使用简单便捷。
————————————————

原理图

五、 程序

本设计利用KEIL5软件实现程序设计，具体如图。作为本科期间学习的第一门编程语言，C语言是我们最熟悉的编程语言之一。当然，由于其功能强大，C语言是当前世界上使用最广泛、最受欢迎的编程语言。在单片机设计中，C语言已经逐步完全取代汇编语言，因为相比于汇编语言，C语言编译与运行、调试十分方便，且可移植性高，可读性好，便于烧录与写入硬件系统，因此C语言被广泛应用在单片机设计中。keil软件由于其兼容单片机的设计，能够实现快速调试，并生成烧录文件，被广泛应用于C语言的编写和单片机的设计。

————————————————

六、 文章目录

目 录

摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 2
1.1 主控系统方案设计 2
1.2 传感器方案设计 3
1.3 系统工作原理 5
2 硬件设计 6
2.1 主电路 6
2.1.1 单片机的选择 6
2.2 驱动电路 8
2.2.1 比较器的介绍 8
2.3放大电路 8
2.4最小系统 11
3 软件设计 13
3.1编程语言的选择 13
4 系统调试 16
4.1 系统硬件调试 16
4.2 系统软件调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 总体原理图设计 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 25