本系统是通过凌阳的16位单片机SPCE061A测量电阻

本系统是通过凌阳的16位单片机SPCE061A测量电阻、电容和电感对应振荡电路所产生的频率实现各个参数的测量，一方面测量精度较高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且还能加入语音播报的功能使其更加智能化。

其中电阻和电容是采用555多谐振荡电路产生的，而电感则是根据电容三点式产生的。SPCE061A的定时器可以利用外部时钟源来计数，这里我们将RCL的测量电路产生的频率作为单片机SPCE061A的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率在通过该频率计算出各个参数。

SPCE061A单片机概述

SPCE061A是继m’nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。目前有两种封装形式：84引脚的PLCC84封装和80引脚的LQFP80贴片封装。主要性能如下： ■16位m’nSP微处理器；

■工作电压：VDD为2.4~3.6V(cpu), VDDH为2.4~5.5V(I/O)； ■CPU时钟：32768Hz~49.152MHz ； ■内置2K字SRAM、内置32K FLASH； ■可编程音频处理；

■32位通用可编程输入/输出端口；

■32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号； ■2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)； ■2个10位DAC(数-模转换)输出通道；

■7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器； ■声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能； ■系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2mA@3.6V； ■14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等； ■具备触键唤醒的功能；

■使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据； ■具备异步、同步串行设备接口；

■具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； ■内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）；

■具有保密能力；

■具有WatchDog功能（由具体型号决定）

一、设计功能及要求

1.1 设计要求

设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪，示意框图如下：

具体要求

（1）测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）测量精度：±5% 。

（3）制作4位数码管显示器，显示测量数值，并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。

1.2 系统功能 基本完成以上具体要求

使用三个按键分别控制R、C、L的测试红、黄、绿三个二极管分别代表三种类别的测试

加入语音播报功能：如测量结果为6.8K欧姆则语音播报“六点八K欧姆”；如果电阻小于100欧姆则语音播报“电阻小于100欧姆”。

二、方案设计与论证

测量电子元器件集中参数R、C、L的仪表种类较多，方法也各有不同，但都有其优缺点。一般的测量方法都存在计算复杂、不易实现自动测量而且很难实现智能化。 在这里我们着重要介绍的是把电子元件的参数R、C、L转换成频率信号f，然后用单片机计数后在运算求出R、C、L，并送显示，转换原理分别是RC振荡和LC三点式振荡，这样就能够把模拟量近似的转换位数字量，而频率f是单片机很容易处理的数字量，这种数字化的处理一方面便于使仪表实现智能化，。方案中用到的单片机式凌阳的16位单片机SP

CE061A，由于该CPU具有丰富的I/O口和丰富的时基信号，为我们提供了极大的方便，其中可以利用I/O口置高低电平来实现量程的转换，由于单片机SPCE061A的定时器可以通过外部时钟源来计数，我们便可以将555电路或电容三点式振荡电路产生的频率作为SPCE061A的定时器的时钟源，这样就很容易得到被测R/C/L对应产生的频率。而且SPCE061A具有语音处理功能，我们在显示的基础上还可以加入语音播报，使得整个测量过程更加智能化。

三、系统硬件电路设计 3.1 电路方框图及说明

系统分三大部分，及测量电路，通道选择和控制电路，如下图所示。SPCE061A根据所选通道，通过IOA4和IOA3向模拟开关送两位地址信号，取得振荡频率,然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。

3.2 各部分电路设计 3.2.1 电阻测量电路

电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。

555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1

得出：

即：

电路分为2档:100≤Rx<1000欧姆：IOA5设置为高电平输出，IOA7设为低电平输出；

R2=200欧姆；C2=0.22uF；

Rx=(6.56*(1e+6))/(2* fx)-330/2

对应的频率范围为： 2.8K≤fx <16K1000≤Rx<1M欧姆：IOA6设置为高电平输出，IOA8设为低电平输出。

R1=20k欧姆；C1=103PF；

Rx =(1.443*(1e+8))/(2* fx)-(1e+4)

3.2.2 电容测量电路

电容的测量同样采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电容的大小。

555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+R2）*Cx+（ln2）R2*Cx我们设置R1=R2;

得出：

即：

电路分为2档:R1＝510K欧姆：IOA10设置为高电平输出；

R4=R6；

Cx= (0.94*(1e+6))/ fx;

对应的频率范围为： 9.4K≤fx <0.94KR1＝100K欧姆： IOA9设置为高电平输出；R5=R6；

Cx =(4.81*(1e+6))/ fx;

对应的频率范围为： 480Hz≤fx <4.8K

3.2.3 电感测量电路

电感的测量是采用电容三点式振荡电路来实现的。三点式电路是指：LC回路中与发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，另外一个电抗元件必须为异性质的，而与发射极相连的两个电抗元件同为电容时的三点式电路，成为电容三点式电路。

得出：

即：

Lx=(38*(1e+6))/ f02

3.2.4 多路选择开关电路

利用CD4052实现测量类别的转换，CD4052是双4选一的模拟开关选择器件。当选择了某一通道的频率后，输出频率通过通过IOB4作为CPU定时器的时钟源并开始计数，当计数到3秒后读出计数器的值，除以3就得到了被测R/C/L所对应产生的频率，通过计算得到要被测值。

IOA4 IOA3 测量类别 0 0 1 1 0 1 0 1 Y0-R Y1-C Y2-L *

3.2.5 按键及数码管显示电路

按键和二极管分别表示不同类别的测量，如下表所示：

按键 二极管 对应测试项 测试R 测试C 测试L

KEY1 L1 KEY2 L2 KEY3 L3

数码管显示显示内容如下图所示：

3.2.6 音频输出电路

语音播报测量结果，当测试结果显示相对较稳定后开始播报测试结果。

四、软件设计 4.1 I/O口的分配 I/OA口的分配 IOA0-IOA3:按键输入； IOA3-IOA4:模拟开关通道选择； IOA5-IOA6:R测量电路中充电电阻选择； IOA7-IOA8:R测量电路中充放电电容选择； IOA9-IOA10:C测量电路中充电电阻选择；

IOA12-IOA14:R/C/L测量指示灯； 具体可参见下表：

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