1手持LCR数字电桥的设计与实现裴慧卿1，张秋实2，宋超1，高金山1（1、北京交通大学100044北京；2、华北科技学院101601北京）摘要：在电子器件测量仪器设计中，基于微处理器的手持式LCR数字电桥，操作简便，测量精度高，应用范围广泛。本文介绍基于MSP430F449微控制器的手持式LCR数字电桥的设计与实现。使用的FPGA技术，使硬件结构更紧凑。实现了自动选择测量量程以及自动分选等功能。电桥的测量范围R：0~999.9MΩ；L：0.1uH~9999H，C：0.1nF~9999F，测量精度：0.5%。电池电压:：9v，电流：60mA。关键词：MSP430；LCR测量仪；电子测量；FPGA中图法分类号：TP216文献表示码：AThedesignofhandholdLCRmeterPEIHui-qing1,ZHANGQiu-shi2,SONGChao1,GaoJin-shan1(1.DeptofComputerandInformationTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beijing,100044;2.DeptofMechanicalandElectronicEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Beijing,101601)Abstract:Intheparametermeasuringinstruments,sincethehandholdLCRmeterbasedonthemicroprocessorhastheadvantagesofsimpleoperation,highprecision,strongstabilityetc.,itgetswideapplication.ThisthesisimplementsahandholdLCRmeterbasedonmicroprocessorMSP430F449.ThecircuitdevelopedissimpleandcompactbecausetheFPGAtechniqueisused.Thedevicecanchangethestandardresistancesautomaticallyduringthemeasurementandcanclassifytheparametersautomatically.Thelimitsetuprangeisthat:R:0~999.9MΩ；L:0.1uH~9999H,C:0.1nF~9999F,theaccuracyofthemeteris0.5%,thepowersupplyis9Vandthecurrentconsumptionis60mA.Keywords:MSP430;LCRmeter;ElectronicMeasurement;FPGA.在电子设备设计维修中涉及电子元件的测量，对于电阻、电容和电感的精密测量一般采用电桥设备。现有电桥有台式、便携式和手持式等。台式电桥精度可达0.05%，但携带不方便，耗电高，对测量环境的要求较高。本文设计了一种基于MSP430F449的低功耗手持LCR测量仪，以下对设计中的关键问题进行分析。1、测量原理电桥采用半桥测量电路。测量原理如图1所示。图1半桥电路图2自由轴法原理自由轴法中坐标系的取向不固定，利用微处理控制任意旋转。这种方法不必限定坐标轴的方向在分母向量的方向，从而可避免同向误差。向量除法运算与选定的坐标轴方向无关，可任意建立一个直角坐标系，如图2。.Ux，.Us分别代表被测参数两端的向量电压和标准2电阻两端的向量电压，a、b、c、d分别是这两个向量在坐标轴上的投影值大小。两个向量可以表示为..U,Uxscjdajb=+=+，从而向量比..U/U()/()xscjdajbXjY=++=+，式中22()/()Xacbdab=++，22()/()Yadbcab=−+。坐标轴方向一旦选定就在整个测量周期内保持不变，X轴和Y轴必须严格垂直，参考信号电压可以不和任何一个被测电压的方向相同，但应和被测电压之一保持固定的相位关系，比如相差α，并且在整个测量过程中保持不变。这样依次测出向量电压的四个投影分量，就可以根据上式计算出向量比的值。当测量阻抗xZ时：..(U/U)()xsxssZRRXjY=−=−+；对于电容器，1/xxxZRjCω=+，1()xsCRYω−=，1xDXY−=；对于电感，xxxZRjLω=+，1xsLRYω−=−，1xQYX−=；θ为.Ux与参考电压的夹角tan/cdθ=，所以arctan(/)cdθ=。在自由轴法测量中，由于精确的正交坐标系主要靠硬件来产生和保证，而参考轴的夹角α需要考软件来保证，所以硬件电路大大简化，消除了固定轴法难于克服的同相误差的缺点，提高了精度。除了可以得到参数L、C、R以外，还可以方便的计算出其他多种辅助变量相角θ、损耗因子D、品质因数Q。2、系统结构设计系统主要包括以下几个模块：微处理器控制电路，FPGA分频模块、LCD显示模块、按键控制模块、串口RS232模块。FPGA模块产生测量所需的四个频率以及A/D转换器所需的工作频率；由键盘模块控制整个系统的操作，最后将测量结果显示在LCD显示器上，串口模块实现与PC机的交互。3、系统结构设计说明微控制器选择了MSP430F449，这款芯片具有多达64KB的Flash程序空间和2KB的RAM，6个8位的I／O端口以及两个16位定时器，449在8MHz时钟驱动下指...
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