目前有三種實現RLC測量的方法。1)電橋法，它具有較高的測量精度，被廣泛采用，現己派生出許多類型。但電橋法測量需要反復進行平衡調節，測量時間長，很難實現快速的自動測量。2)諧振法，它要求較高頻率的激勵信號，一般不容易滿足高精度的要求。由于測試頻率不固定，測試速度也很難提高。3)伏安法，它是最經典的方法，其測量原理來源于阻抗的定義，顯然純電阻可由直流分壓，但對于阻抗、容抗則必須采用頻率較高的交流，電路較為復雜，使得該方案未得到認可。本系統采用伏安法，相對簡化了電路，具有較好的人機互動。
1 系統方案實現
整體設計思想為在待測網絡器一端加入激勵信號，另一端加入采樣電阻到地，通過頻率的自動切換使AD讀到不同的采樣電壓，我們可以根據激勵信號對應的AD采樣電壓，判別出待測元器件的屬性，進一步切換采樣電阻，從而準確測量出待測元器件的大小。這一系列操作均為自動完成。系統原理實現框圖如圖1所示。
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CMI201209U1R0KT（1uH） |
21.02K |
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CMI201209U1R2KT（1.2uH） |
202.75K |
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CMI201209U1R5KT(1.5UH) |
1K |
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CMI201209U1R8KT（1.8uH） |
77K |
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CMI201209U220KT(22UH) |
0.06K |
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CMI201209U2R2KT（2.2uH） |
9.02K |
2 硬件實現
2．1 硬件電路總圖
系統硬件實現電路如圖2所示，考慮到模擬開關有內阻，我們選取繼電器作為檔位的切換，為了測量的準確，本文采用了多個電壓跟隨，防止電流過大在信號源端分壓。
2．2 真有效值電路
系統硬件實現電路如圖3所示，考慮到模擬開關有內阻，我們選取繼電器作為檔位的切換，為了測量的準確，本文采用了多個電壓跟隨，防止電流過大在信號源端分壓。
2．3 自制測試用信號源電路
根據需要取截正頻率為1kHz、10kHz、100kHz的低通無源濾波器，將單片機輸出的PWM或方波(因為MSP430該單片機不能輸出太大頻率的PWM，我們通過直接輸出10kHz和10kHz的方波，通過一個低通濾波器，濾掉二次諧波及以上分量，得到其基波分量)整形為正弦波，用繼電器切換不同的濾波器，來獲取不同信號，每一個頻點濾波后接一級運放；放大到相同幅度，為了能滿足放大100kHz的信號的增益帶寬積和壓擺率，運放采用TL084。通過測試發現，無源濾波電阻采用逐級增大，電容采用逐級減小，濾波效果最好，所以通過仿真得到參數如圖4所示的濾波放大電路圖。
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CMI201209VR39KT(0.39UH) |
1.02K |
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CMI201209VR47KT(0.47UH) |
1K |
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CMI201209VR56KT(0.56UH) |
1.02K |
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CMI201209VR68KT（0.68UH） |
16.35K |
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CMI201209VR82KT（0.82uH） |
0K |
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CMI201209X100KT（10uH） |
1568.42K |
3 軟件實現
3．1 算法數學描述
電阻測量可以直接用一個直流分壓可得到，其公式為：
R=(V／Vad-1)*R0 (1)
電容測量可以通過一個適中的低頻f，此時電容的阻抗較大，對于電容因為有-90°的相移，所以我們對其整體取模，簡化可得計算電容公式為：
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CMI321609U1R0KT（1.0uH） |
24K |
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CMI321609U1R2KT(1.2UH) |
1K |
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CMI321609U1R5KT (1.5UH) |
9K |
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CMI321609U1R8KT(1.8UH) |
1K |
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CMI321609U2R2KT（2.2uH） |
17.98K |
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CMI321609U2R7KT(2.7UH) |
1K |
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CMI321609U3R3KT（3.3UH） |
1.28K |
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CMI321609U4R7KT(4.7uH) |
19.05K |
3．2 軟件流程圖
根據以上算法分析本文的軟件程序圖如圖5所示：
4 實驗結果及分析
電路設計完成后，本文給出了三組實驗測試數據，分別為表1、表2和表3所示，其中表1為電阻網絡測試數據，表2為電容網絡測試數，表3為電感網絡測試數據。實驗數據表明，除了電感測量誤差相對較大之外，其它的測量能夠較準確地反映待測元器件的屬性以及大小，可以滿足一般的實際需求。
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VHF160808H68NJT（68nH） |
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VHF160808H6N8ST（6.8nH） |
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VHF160808H82NJT（82nH） |
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VHF160808H8N2JT（8.2nH） |
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VHF160808HR10JT（100nH） |
5 結論
本文設計了基于數字控制的智能電阻、電感和電容測量儀，電路設計完成后通過實際測量數據可以看出，除了電感測量誤差相對較大之外，其它的測量能夠較準確地反映待測元器件的屬性以及大小；通過查閱資料發現電感在不同的頻率點的大小不同，也就是說電感的大小與對應測的頻點有關，本系統的設計只取了三個頻點，且最大頻率為100kHz，所以誤差較大，我們可以通過增加頻點個數和最大頻率以及增加采樣電阻來減小該誤差。
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