此测量仪硬件设计思路如图1所示。 由于PIC单片机只能正确采集0~5 V之间的电压,而输入的信号是正弦波信号,因此在将此正弦信号送入单片机之前需对其进行电位提升,使整个正弦信号任意时刻的电位均大于或等于0。另外本测量仪具有量程自动转换和增益自动可控的特点,实现电路如图2所示。 图2中U1(CD4051)是一个单刀八掷的模拟开关,用以完成量程电阻挡位的转换;U2(CD4052)是一个双刀四掷的模拟开关,用来选择待测元件或基准电阻信号;U3,U4,U5,U6共同组成一个增益可以控制的仪用差分式放大电路,其中U5(CD4052)是用来切换增益倍数的;U8(74LS273)是一个锁存器,用于将由单片机发出的控制信号锁存并传输给U1,U2,U5实现程控;由于U1,U2,U5开关切换的驱动电压要求达到5 V以上,而单片机的高电平仅为3~5 V,达不到驱动电压,所以要采用一个集电极开路的驱动器(74LS07)才能实现由单片机控制的开关切换(R13,R14,R15,R16,R17为74LS07输出端的上拉电阻)。 这样通过程序控制单片机与74LS273相接端口的高低电位,就可以控制模拟开关选择不同的通道,从而实现自动的量程档位转换和增益控制。 2 软件程序设计 由于流过电容或电感的电流与其两端的电压存在90°的相位差,因此只需在任一时刻采样得到交流信号瞬时值V1,然后相移90°,再采样得到瞬时值V2,就可用V1和V2表示完整的交流信号:V2=V1+jV2。 3 实验结果 表1给出了该测量仪在测量频率为100 Hz,1 kHz,10 kHz±0.02%三种情况下的测量范围与测量精度。其中L,C,R,Q,D分别表示电感量、电容量、电阻值、品质因数、损耗角正切值。 4 结 语 本文设计了一种基于PIC单片机的RLC智能测量仪,其主要功能如下: (1) 能够智能地识别出待测元件是电容、电感、还是电阻。 (2) 能精确测量出电容、电感、电阻的参数值。 (3) 可以实现量程电阻的自动转换,无须人工选择档位。 (4) 当测量正弦信号的幅度过小时,可以自动实现增益放大,从而不影响精度。 (5) 对测量仪进行扩充后还实现了二极管、三极管的测量。 由此可见,此测量仪具有高度的智能化和集成化,可精确地对元器件参数进行测量,这正符合当今测量仪器的发展趋势,他将具有广阔的应用前景。