基于MSP430F149的RLC、频率及相位差测量仪的设计

2011-06-07 16:07:14来源: 互联网
0 引言
    目前,要在实验室中完成对RLC、频率及相位差的测量,实际需要用几个仪表,如RLC表、频率计和相位仪,这给实际使用带来诸多不便。而且现在常用的仪表一般还是传统的模拟式仪表,漂移大,程控性能不好,而有些仪表功能过于单一,不能满足实际需求。为此,本文考虑到实际的科研实验需要,给出了一种可同时测量RLC、频率及相位差的测量仪的设计方法。

1 系统组成与硬件电路设计
1.1 系统组成
    该仪器包括信号产生与接收模块、信号的放大整形滤波处理模块、单片机中央处理器、显示模块LCD12864和外部按键控制模块等几个部分,其系统组成结构框图如图1所示。

a.JPG


    本系统以单片机MSP430F149为处理器,主要用于整个系统的信号采集、输入输出控制和数据处理。系统中的信号来源有两个:一是内部信号源产生的信号,二是由外部接口输入信号。这些信号先经放大整形电路进行处理,并由滤波电路滤波,之后送人到单片机,最后经单片机运算处理,并输出显示。
1.2 MSP430F149芯片简介
    依据系统总体设计思路,该装置选用MSP430F149作为整个系统的控制中心,MSP430系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器,它具有16位RISC结构和丰富的寻址方式,同时集成了较丰富的片内外设。本系统就是利用其内部自带的12位ADC来实现模拟信号的采集,其最高转换速率可达382ksps,能满足大多数数据采集的应用要求;并且其内部具有16位的定时器,可利用其定时器A、B的捕获功能来捕获一定频率的方波信号,而且具有相当高的精度。同时,利用此功能还可以实现对输入信号的频率和周期的计算。
1.3 系统工作原理
    对电容、电阻进行测量的基本原理是利用RC振荡,具体做法是用电容三点式振荡电路与555电路构成多谐振荡电路,并产生一定的频率,然后通过测量频率信号得出电容和电阻的信息。图2所示是其555振荡电路。

b.JPG


    555的内部时基电路与电容C1及外接的电阻R1、R2构成的无稳态振荡电路的振荡频率范围可达0.001Hz~500kHz。当C1的电容量或电阻值R1、R2相应变化时,555电路输出的测量脉冲的宽度和频率也会发生变化。其中测量电阻时,可将R2替换为被测电阻,即R2=Rx,以使C1与R1处于一个一定的已知量值上,此时的输出频率计算公式为:
    c.JPG
    测量电容时,可将C1替换为被测电容,即C1=Cx,R1与R2设定为固定量值且相等,此时输出频率的计算公式为:
    d.JPG
    由于输出的频率变化与外部接入的量值成比。因此,在电路中只要正确地选择电阻的阻值与电容的容值,就可以得到适合测量所需要的脉冲宽度与脉冲频率。

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关键字:RLC  频率  相位差  测量仪  MSP430F149

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0607/article_2632.html
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