基于单片机的电感测量系统

!’U’#’,’%(,’’!万(#(’!’*年第%期仪表技术与传感器E45@27K94@.98:4FW79346?945;2基于单片机的电感测量系统蔺增金，夏善红，杨海钢，陈绍凤（中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室，北京%)）’*X;Y%摘要：提出一种以)#%单片机为核心的电感测量系统，充分利用了单片机)#%的硬件资源，简洁而高效运行的软件设计思想，实现电感参数的自动测量和显示。克服了传统的外加交流测量法电源波动易引起偏差和文氏电桥测量法参数调节复杂等问题。系统结构紧凑、操作方便，且测量精度高、响应快、测量范围宽。关键词：+,-；,+-；电感测量；单片机中图分类号：./#0文献标识码：1文章编号：%’(%)&%（’*）%(&#(’!#$%&’%()(’*$+(,(&-.*&(,/’*(#0-123(4%516)1%+06+0%(**0+7!89(24:1，;!-5’4502，=8?’142’2，@?A8-5’04B(2（.234567892.98:4;;=?@3@9A9B3CD，E45@F@7@9;GH98@2;4F85，-+?，19FIF4=%)，-:F43）C*&+’%&：+4;J9F4678@3489K935729K94@55@9KC3596;4@:9)#%5F4=9L8:FMKF82;M2;8955;2N35M2;M;596，N:F8::326N32929L5;72895N929G79OM;F@96D.:9695F=4;G5;G@N329F55FKM9346:F=:9GGF8F94@D.:9F4678@3489M323K9@92N3583FC23@963466F5M39637@;K3@F83D.:955@9K;J928;K95@:9@236F@F;435:;2@8;KF4=5;G5;7289L57MM2FMM9F4@:99O@92F;23@9243@F4=872294@57MMK9@:;6346;G29=73@F4=8;KM9OF@F4@:9998@2F83C2F6=9K9@:;6D.:955@9KN358:3238@92FP96C5FKM95@278@729，93529=73@F;4，:F=:K93L5729K94@M298F5F;4，23MF6295M;459346CF=K935729K94@5839DD(.E0+#*：+,-；,+-；E4678@3489Q935729K94@；?F4=9L8:FMQF82;M2;8955;2F引言（!5F4!%UI!#5F4!%）（’）提出的新型电感测量系统主要由硬件、软件两部分构成，其中硬件包括正弦波测试信号的产生电路单元、正弦波信号频率标定电路单元、电感测试单元和)#%-/V对’（%）进行采样，采样点数为每正弦测试信号周期%)点。’（%）采样信号经快速傅里叶变换（RR.），分离出实部、虚部，得：电感值显示电路单元等。软件部分主要实现对采样结果进行RR.变换，完成电感值的测量，控制,S+转,T(’$&T%!!!（#）换，实现两种不同频率的频率标定，以及电感值的B-,液晶驱动与显示。软件设计思想是围绕有限的硬件资源，最大程度的优化其设计流程，使用最小容量的存储单元，做到简洁而高效的运行，能实现与硬件的紧密配合，实现电感自动测量和显示。G原理以单片机为核心的电感测量与自动显示系统的工作原理如下，图%为电感测量电路。其中，因$&已知，而’由+S,转换得到，故,为已知。可得：,’!’T!’U!’#’（&）运放的输入电阻!已知，!为正弦波测试信号的频率，分别为!%，（预先设定），对应于!%，’的测试信号，有：,’%!’T!’U!’%#’（*）,’’!’T!’U!’’#’（0）所以，得：图%电感测量电路#T!’’（$）!%(!’其中式（$）即为被测电感的电感量的算式。其结如图%所示，被测电感用!、#串联表示，输入$（%）为正弦波测试信号（正弦波测量信号$（%）由单片果经单片机算出并用B-,液晶显示，从而实现电感量的测量。机产生，其角频率分别为!%，’），可表为$（%）T$&5F4!%（%）H硬件电路设计整个测量系统的硬件结构总框图如图’所示。据电路关系，输出电感测量信号’（%）有：’（%）T(()(*$（%）T(!UI!#!$&5F4!%T($&!+基金项目：国家自然科学基金重点项目（!#$%&）收稿日期：’&方数据收修改稿日期：’&()(’*图’电感测量系统的硬件总框图2(“计算-6.$+!-8.$H(；启动4D3转换77L#!RVWXY#RCYZ[#\WY]#^9Y#!_VN]#H+&&?!#正弦波测试信号的产生与频率设定自动测量与显示系统的存储器中预存正弦表9=CB.$H(A4LC：F5G4，?&E；等待55.：F5G;4，K3.CF5GK&，4!#!!，正弦表由$%&点构成，即将整个周期’(&)均分为$%&份，对应每一角度均预先求出其正弦值，组成正4D3转换结束LM-3.CLM-&弦表，很明显，正弦表的谐波失真*+,。%&’$-./依次读取正弦表!#!!各值并从.&0&1.&02口线送出，经$+位34-$+’+和5.&2转换合成正弦波测试信号（#）6$!##034-$+’+为$+位数模转换器，2789$’%的输出:&、:$分别作为;=、-9的输入信号，.+0（4$?）接译码器2789$’%的高电平允许输入@$端，.+02反相后和.’0（A）相或（2789’+），或”运算的输出作为34-$+’+的A$和A+信号，单片机地址线最低位4&接B:C=$DB:C=+端。根据图+，34-$+’+的高%位输入锁存器、低7位输入锁存器及$+位34-寄存器的地址分别%&&’E、%&&+E、%&&&E0由正弦表!#!!读取的数据已存在’&E、’$E中（其中’&E为待转换的高%位，’$E的高7位为待转换的低7位），下述程序可实现3D4转换：F5G4，’&E；当4&6$，:$6&及.+H2I.’H(6&时-NM=4，J&，A4LC3NMO$，855.…=CLF5G$，J+在中断子程序中，$(位数据分两次被读入%&’$，第$次读入低%字节，地址为%7&&E，第+次读入高%字节，地址为%7&$E，并存入?&E（低字节）、?$E（高字节）单元中。!!电感参数值的显示如图+所示，7位8-3驱动芯片L-F2+$4F和7位笔画式液显=3P9%&?组成显示电路。L-F2+$$4F可同时输出7位数码的2段激励信号，以驱动7位数码的显示；%&’$的.$0&1.$0’口线直接提供L-F2+$$4F7位二进制输入数据，7位数码的位选输入取决于.$07、.$0?口线；片选信号接.+0(和A端；同时它的8-3驱动输出线直接连在=3P9%&?液晶显示器上，显示被测电感的参数值。F5G3.C，J%&&’E%软件设计F5G;K3.C，4F5G4，’$E；当4&6&，:$6&及.+H2I.’H(6&时F5G3.C，J%&&+EF5G;K3.C，4F5G3.C，J%&&&E；当:&6&，:$6$及.+H2I.’H(6&时正弦表!#!!预先求出，并存入存储器，列成表格数据，用于直接查询读取。为使整个系统协调工作，并达到要求的性能指标，汇编语言编制的单片机软件流程如图’所示。F5G;K3.C，43D4转换的输出信号经5.&2电路产生正弦波测试信号（#）。其频率由正弦波程序的延时子程序控制。因而可较灵活的改变测试信号（#）的工作频率，产生两种不同频率的正弦波测试信号，分别加到电感测量电路的输入端。!$电感测量信号（）的获取与$、+两种频率的测试信号（#）对应的电感测量信号%（#），经信号调理电路432$$缓冲放大后，送入%&’$-./分别采样，采样点数为每正弦测试信号周期$%&点。为提高精度和满足系统要求，采用$(位4D3转换器432%%?。432%%?是美国43公司$(位快速变化信号精确测量的模数转换器，其转换时间为开始!从正弦表中读数据，并设定频率$!依次每)$6$D$送出$%&点，以34-生成测试信号;$QRS!相应每)$6$D$对与$QRS对应的%$Q#S进行$%&交*+,转换!求出对应)$的*$值图’!设定频率+，同样方法求出对应)+的*+!4$+4++++!=3T%&?9液晶显示主程序框图?H’!!，非线性误差*$8B90432%%?与%&’$接口电路如图+所示，片选端-9接2789$’%的:+，忙信号B/9:&结束语接%&’$的LMC&端，高位字节读允许端EB=M接.$H2，模拟转换起始控制端-5MG9C接.$H(，工作过程：当.$H(给起始端-5MG9C一低脉冲，转换即开始，&’(%由“&”变为“$”时，%&’$产生中断，读取转换结果，程序如提出的电感测量系统，充分利用了单片机%&’$的硬件资源，实现电感参数的自动测量和显示。该系统结构简单、操作方便，并具有测量精度高、测量范围宽等优点。下：参考文献工作主程序：F5GL=，J%’EF5G?&E，J&F5G?$E，J&万方数据M5.中断子程序LMC&：9=CB.&H$；读取4D3转换后数据-8.&H+F5G3.C，J%7&&E8F5G&，J?&［$］何立民0F9P?$系列单片机应用系统设计0北京：北京航空航天大学出版社，$UUU：$%2P$U$0［+］王化祥，张淑英0传感器原理及应用0天津：天津大学出版社，$UU2：$?(P$(+0［’］张克彦0F-9P?$DU(单片机浮点程序和实用程序0北京：北京航空航天大学出版社，+&&$，$&：27P2%0基于单片机的电感测量系统作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：蔺增金，夏善红，杨海钢，陈绍凤中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京,100080仪表技术与传感器INSTRUMENTTECHNIQUEANDSENSOR2005，(1)1次参考文献(3条)1.何立民MS-51系列单片机应用系统设计19992.王化祥.张淑英传感器原理及应用19973.张克彦MCS-51/96单片机浮点程序和实用程序2001相似文献(10条)1.期刊论文朱海平.张向民用于WLAN(802.11b)基带处理器芯片组的高速ADC及DAC的测试-电子工业专用设备2004,33(5)简要介绍了清华大学微电子研究所设计的用于WLAN(802.11b)基带处理器芯片组的高速ADC及DAC,以及爱德万测试如何使用WVFG/WVFD实现高速ADC/DAC的测试.2.期刊论文逯波.王洪宇.LUBo.WANGHong-yuADC和DAC技术在TD-SCDMA基站中应用分析-吉林工程技术师范学院学报2008,24(8)针对TD-SCDMA中的空口部分关键指标要求(输出信号的功率要求、输出信号的动态范围要求、多载波输出信号的峰均比要求、输入信号动态范围、接收机参考灵敏度要求、输入信号的抗阻塞要求)对设计实现中ADC、DAC需要的位数要求进行分析.3.期刊论文卢庆林.LUQinglinDAC,ADC电路的仿真实验研究-现代电子技术2006,29(23)利用EDA技术进行复杂实验的研究与开发,是改革传统数字电路实验教学模式的有效途径,能帮助学生熟悉和掌握先进的电路实验方法和技能.通过实例分析和实验结果对比,能较快掌握在实践中广泛应用但在做硬件实验中效果不佳的DAC,ADC电路的原理、性能、应用和测试方法.4.期刊论文纪宗南.JiZongnan具有ADC和DAC的MP3解码器-电子质量2001(12)介绍了MP3解码器的特性、工作原理和应用电路.针对MP3解码器高精度和低功耗的技术要求,在片内使用一个新型32位浮点DSP核和高效率电源管理技术.5.外文期刊Ahmed.I..Johns.D.A.An11-Bit45MS/sPipelinedADCWithRapidCalibrationofDACErrorsinaMultibitPipelineStageparaAtechniquetorapidlycorre