目 录
一、 引言 1
（一） 电感电容测量仪的发展背景 1
（二） 电容电感测量仪的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 单片机的选取 3
（二） STC89C51型51单片机 3
（三） LCD1602型集成液晶概述 4
（四） LM393比较器芯片概述 5
三、 硬件设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 6
（三） LCD1602外围电路原理图设计 7
（四） LM393震荡器电路设计 8
四、 软件设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） LCD1602液晶屏工作流程图 10
（三） 电感电容测量的原理描述 1
五、实物电路调试 1
总结 1
参考文献 2
附录一 原理图 3
附录二 PCB图 4
附录三 元件列表 5
附录四 程序 6
引言
电感电容测量仪的发展背景
电感电容测量仪指的是能够对电容以及电感的参数大小进行快速测量的一种电子仪器，它有别于多功能万用表中的电容测量功能，普通万用表虽然也能够对电容大小进行测量，但是其测量结果的精度和准确度非常低，不能够应用在一些高精度测绘场合，而有一些高级万用表的电感电容测量结果虽然具有较高的精度和准确度，然而其测量速度却非常地慢，在一些快速元件参数测量场合，不能担当重任。电感电容测量仪的出现，具有一些高级万用表所具有的电感和电容参数测量功能，使得它能够在绝大多数电感电容值测量场合中得到广泛使用。电感电容测量仪控制系统通常由控制模块、显示模块、频率测量模块以及谐振模块组成，其性能以及功能受主控微处理器的制约，因此目前市面上测量范围最大、测量结果精度和准确性最高的一类电感电容测量仪全由FPGA或者ARM芯片作为主控核心，而一些成本较低性能中等的电感电容测量仪采用普通单片机作为主控。电感电容测量仪控制系统的发展主要得益于数字器件以及电子技术
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使得它能够在绝大多数电感电容值测量场合中得到广泛使用。电感电容测量仪控制系统通常由控制模块、显示模块、频率测量模块以及谐振模块组成，其性能以及功能受主控微处理器的制约，因此目前市面上测量范围最大、测量结果精度和准确性最高的一类电感电容测量仪全由FPGA或者ARM芯片作为主控核心，而一些成本较低性能中等的电感电容测量仪采用普通单片机作为主控。电感电容测量仪控制系统的发展主要得益于数字器件以及电子技术的发展与成熟，在这之前，历史上也有能够实现电容电感测量的仪器出现，只是当时集成技术还没发展，因此整个仪器的电路都采用分立元件进行搭建，仪器的外形体积和重量都相当惊人，不但如此，其稳定性也是时好时坏，当将其投入产线上使用时，受到其稳定性的影响，产线往往工作不顺利，另外其维修也十分不易。在电路集成技术发展成熟以后，电感电容测量仪中的分立器件模拟电路模块都可以通过集成芯片代替，这时的电感电容测量仪体积就大大缩小，仪器的稳定性和性能都大幅提高，这就好比是显像管电视机和液晶电视的区别，前者体积庞大，维修不易，而后者体不但体积小，显示效果也是碾压前者。电感电容测量仪的性能取决于其主控芯片以及算法流程，优秀的微处理器芯片结合流畅性能高的算法，则能够实现优秀的频率测量结果，采用FPGA器件结合硬件描述语言是构建一款高性能电感电容测量仪的不错选择，由于FPGA器件的主频速度往往能够达到上百MHz，指令采用并行执行方式，控制模块、显示模块、频率测量模块以及谐振模块等都能够在FPGA芯片内部实现，因此往往一块FPGA芯片便能够实现一个高性能的片上系统。近年来随着单片机技术的快速发展并成熟，一些高性能电容电感测量仪控制系统中也能看到单片机的身影，通过单片机作为仪器的主控核心能够大幅地降低控制系统的总体成本，本文以电容电感测量仪为设计目标，选用单片机作为主控芯片，设计一款高性能的电容电感测量仪控制系统。
电容电感测量仪的国内外发展现状
随着科学技术的迅速发展，多种场合都需要对电容电感参数的高精度测量，尤其是在通信实验室内，电容电感参数的准确性以及精度决定着通信电路的总体性能，对于信号的收发、调制解调更是首要参数，因此电容电感测量仪也在随着技术的发展而发展。目前单独测量电容电感参数的仪器已经不是其未来发展方向了，大多数示波器已经嵌入了电容电感阻抗值、等效阻值以及阻抗值的扫频等功能，因此未来的电容电感测量仪将变得功能多样化和高精度化。
目前国外对于相关仪器的研究已经达到了非常高的精度，在航空航天领域，一些用于电容电感测试的仪器精度能够达到8位以上，而在国内，相关技术还比较落后，有相当长的一段路要走。
本文主要研究内容
本课题主要设计一款方便实用的电容电感测量仪控制系统，选用单片机作为主控芯片，并在片外结合其他要模块，实现电感电容元件参数的测量和显示，并实现以下指标：
能够快速测量电感电容的大小。
通过液晶屏显示频率测量结果；
系统采用+5V直流电源供电。
方案选择及元器件介绍
单片机的选取
方案一：以自身对单片机的使用熟练度为第一考虑要素，则选择51单片机作为本系统的主控芯片最为合适，虽然大多数51单片机内部资源比较匮乏，比如很少有集成ADC、DAC或者SPI模块，但是其内部集成的16为计时器、UART以及中断等功能已经足够使用，并且像SPI以及IIC这种接口都可以通过软件方式模拟，因此这不但节省了系统的开发成本，又能够结合自身的学习情况来顺利进行单片机系统的设计，这是很重要的。在51系列单片机中，台湾宏晶公司推出的STC89C51是近年来比较常用的一款芯片，它采用RISC最简指令集，这同其他51单片机一样，并且管脚排列以及封装形式都是相同的，因此不同型号的51单片机互换可行性很高。在开发环境方面，STC89C51单片机的开发平台使用英国ARM公司的Keil软件进行开发，这款软件非常精简，但是功能齐全，集代码编写、调试以及仿真等多种功能于一身，在该平台上能够实现51单片机开过过程中所需要的所有功能，并且Keil还可以同Proteus软件一起实现系统的联合仿真，开发者通过仿真可以看到系统的实际效果，因此综合上述理由，STC89C51单片机较为适合作为本系统的主控芯片。
方案二：若以系统的功耗作为主要考核目标，那么德州仪器公司生产的MSP430系列单片机绝对是当之无愧的首选，430单片机内部集成了4种低功耗模式，当系统不在正式工作时，可使其进入低功耗，当再次工作时，430单片机能瞬间恢复到正常工作中来，因此如果使用单片机作为本系统的主控芯片，能够结合其低功耗模式将系统的功耗降到最低。在MSP430单片机的内部资源方面，大多数430单片机内部不但集成了定时器、UART以及丰富的管脚中断，并且还具有ADC、DAC以及DMA等功能，这些资源的集成能够将系统的开发变得高效稳定，并且节省硬件系统的开发空间。在MSP430单片机的开发环境方面，它是以UI
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