2023--电赛C题--电感电容测量装置--WCTT - 嘉立创EDA开源硬件平台

## 一、团队介绍 团队成员来自西南大学，曾获2021年全国大学生电子设计竞赛成功参赛奖，2022年TI杯重庆市电子设计竞赛一等奖，获邀并参加模拟电子系统设计邀请赛获成功参赛奖，2023年全国大学生电子设计竞赛一等奖，团队基础良好。 ## 二、题目要求 赛题要求如下图之详：  ## 三、设计摘要 本装置以TI公司的TMS320F28379D芯片为控制核心，由继电器、基准信号产生模块、缓冲放大模块、相敏检波电路、A／D转换器和微处理器控制电路等模块构成。主要采用自由轴法并综合半桥法和矢量法测出电容量C、损耗角正切D、电感量L、品质因数Q，可实现在频率10kHz下对C为1nF~100nF，D为0.005-1的电容测量，且相对误差绝对值≤5%，测量时间≤1秒；也在选定频率条件下对L为10 H~100 H，Q为1~200的电感测量，且相对误差绝对值≤5%，测量时间≤5秒。系统一键启动后可在规定时间内自动完成对元器件类型的识别、结果的测量和显示，人机交互界面友好，达到了较好的性能指标。 ## 四、题目分析 根据题目要求以及查阅资料，测量电感电容共有以下三种方案：  （a）交流电桥测量法原理  （b）固定轴测量法原理  （c）自由轴测量法原理 方案1：交流电桥测量法。交流电桥法的原理如图1.1（a）所示。该方法中电源用交流电，四臂的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4可以用电阻、电容、电感或其组合，电桥平衡的条件是 ，其缺点是要调节两个参数才能使电桥平衡，电路调整复杂，且不便于自动化测量。 方案2：固定轴测量法。固定轴法的原理如图1.1（b）所示。该方法中由参考相量建立的坐标系的方向是固定的，通过求被测阻抗的值来求电阻、电容、电感或其组合等。其实轴必须与分母相量相重合，以实现相量电压比的测量，其缺点是限制了微处理器功能的发挥，且存在着同相误差。 方案3：自由轴测量法。自由轴法的原理如图1.1（c）所示。该方法坐标轴的方向可是任意的，且精确的正交坐标系主要依赖硬件，参考轴的相角 主要依赖软件，优点是避免了同相误差，优化了硬件电路，增加了系统可靠性，提高了精度。 通过比较，我们选择了方案3。 ## 五、总体设计框图 由上述分析可知，本设计方案选定的方法及模块，其原理框图如图1.2所示。通过设置测量电桥由参考信号源产生电路、半桥测量电路、相敏检波器、A／D变换器、微处理器、键盘与LCD等构成。在标准信号源产生电路的设计中，利用DDS产生正交的IQ信号以及同频的激励信号。半桥测量电路由四级标准电阻和高精度集成运算放大器组成，能够自动选择相应的标准电阻档级，完成量程自动转换。另外系统中还对信号进行放大控制，使小阻抗的测量过程中可得到精确的采样信号。系统采用模拟相敏检波电路技术和乘法器，并结合自由轴法测量提高了测量精度。微处理器芯片选用了TSM320f28370d, 各功能模块的选择和执行TMS320F28379D程序控制，交互界面的实现使用了广州大彩串口屏，并将测量结果自动显示在串口屏上。  ## 六、硬件电路组成 硬件连接框图：  模块说明： 1、C2000：TMS320F28379D 2、DDS9959:康威科技 AD9959 3、信号分配器：详见开源工程--四分配，芯片LMH6612 4、半桥电路：详见开源工程--宽带放大器 _ 半桥电路 5、仪表放大器：康威科技 AD8130差分放大模块 6、乘法器：凌智电子 单路AD835乘法器模块 7、同相放大器：详见开源工程--滤波 _ 跟随 _ 放大，芯片OPA140 8、注：乘法器输入信号的选择、半桥电路标准电阻的选择、半桥电路输出信号的选择均由继电器控制 ## 七、程序流程图  ## 八、实物展示 实物图：  ## 九、注意事项 1、注意各模块连接的阻抗匹配问题 2、调试时注意各模块的输入输出信号的大小以及干扰问题 ## 十、演示视频 演示视频链接： [\[电赛 C题 国一\]（完整）](https://www.bilibili.com/video/BV1HP411a7yG/?vd_source=ca62f6e5fccf64e10b7c07cb3dfea5c0) ## 十一、附件内容 附件一：C2000工程 C2000_project.rar 附件二：参考资料1 _ 理论分析与计算 附件三：参考资料2 _ 《电子测量与仪器 （第2版）》部分 附件四：参考资料3 _ 《全国大学生电子设计竞赛培训教程.第5分册 电子仪器仪表与测量系统设计》部分 附件五-附件十一：演示视频（装置介绍、电感1-3 测量演示、电容1-3 测量演示）