一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术属于仪器仪表、虚拟仪器领域，公开了一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法，基于虚拟仪器的电子元器件测试系统包括：测试控制系统、数据采集单元、数据通信单元、信号产生单元和设备接口；所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件系统电路包括电源模块电路、函数信号发生电路、参数测量电路、WIFI电路。本发明专利技术是一个集参数测量、函数信号发生、智能信息处理、多功能辅助等功能于一体的综合系统，集中运用了计算机、虚拟仪器、信息融合、通信及电力电子等技术，是典型的高新技术综合体，价格便宜、操作简单、体积小、功能强大、便于携带、功能多样，有效的提高了测试效率，具有广泛的使用价值和应用前景。具有广泛的使用价值和应用前景。具有广泛的使用价值和应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法


[0001]本专利技术属于仪器仪表、虚拟仪器领域，尤其涉及一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]目前，控制系统功能的日趋复杂，电子产品绝大部分的外围电路都是由电阻、电容、电感、二极管等组成的，在产品设计和设备维护测试中经常需要测量它们的大小，以及需要函数信号源进行仿真和测试。
[0003]与本方案最相近的现有技术：在进行电路和元件参数的测量上，目前最广泛使用的是万用表，其结构简单，携带方便，但它在对测量电感、电容参数时，在量程和准确性上都大大折扣，也无法发出函数信号进行仿真和测试。而实验室常用的信号发生源，因需要较大的液晶屏进行显示，导致整体体积庞大，价格昂贵，不便携带；同时用户的交互和功能的修改也较为不便。而利用可视化虚拟仪器LabVIEW作为数据处理平台可使界面更人性化，但目前LabVIEW配套的数据采集卡成本较高，令不少的用户难以接受。因此，亟需一种新的电子元器件测试系统。
[0004]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)现有进行电路和电容，电感元件参数的测量方法中，万用表在量程和准确性上都大大折扣，也无法发出函数信号进行仿真和测试。
[0006](2)现有实验室常用的信号发生源和示波器体积庞大，价格昂贵，不便携带；同时用户的交互和功能的修改也较为不便。
[0007](3)目前LabVIEW配套的数据采集卡成本较高，令不少的用户难以接受。
[0008](4)目前，实验室对电路或电子元器件测试中，一般需要用到万用表，示波器，信号源三种仪器。功能并没有集中在一个测试仪器上，灵活度较低。
[0009]故，本测试系统将参数测量、函数信号发生功能于一体，提高了测试效率。采用电脑界面进行显示，降低成本，减小体积，提高人机交互。
[0010]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0011]采用LabVIEW设计的电脑界面代替了传统仪器的液晶屏显示，提高人机交互，降低成本的同时，也加大了系统软件设计难度；将电压、电阻、电感、电容测量和函数信号发生的功能集成在一个系统上，硬件电路较多时，就需要设计出相应的电路图并具有较好的抗干扰能力，对数字信号和模拟信号的处理就会有一定难度。
[0012]解决以上问题及缺陷的意义为：
[0013]本专利技术提出的解决方案是以单片机作为主控芯片组成的虚拟测试仪器，系统上位机软件采用LabVIEW来进行设计开发。不再需要传统测量仪器的液晶屏显示，而是采用电脑界面，不但降低了成本，更提高了人机交互和灵活性。本测试系统将参数测量、函数信号发生、智能信息处理、多功能辅助等功能于一体，大大提高了测试效率。该测试装置价格便宜、操作简单、体积小、功能强大、便于携带。

技术实现思路

[0014]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统及测试方法。
[0015]本专利技术是这样实现的，一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统包括：测试控制系统、数据采集单元、数据通信单元、信号产生单元和设备接口；
[0016]其中，所述测试控制系统用于调配系统资源，完成对被测产品的测试，处理并显示测试结果；所述数据采集单元对被测元件的测试数据进行采集和转换；所述数据通信单元为硬件系统与虚拟仪器的桥梁，将采集到的数据传输到控制系统；所述信号产生单元为待测元件或电路提供必要的输入信号。
[0017]设备接口，用于为待测元件或硬件系统电路的输入及输出提供端口。
[0018]进一步，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件系统电路包括电源模块电路、函数信号发生电路、参数测量电路、WIFI电路；
[0019]其中，所述电源模块用于为系统中其它各个模块提供所需要的电源，全部硬件电路的电源由18650锂电池提供，7.2V，2000mA；由于电路系统由各个不同模块电路组成，故需设计多个稳压电路完成：3.3V电压，用于为STM32F103C8T6单片机，ESP8266
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01S WIFI模块提供电压；5V电压，用于为CH4052电路，RLC测量电路，DAC0832数模转换模块，指示灯及按键等接口电路；
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5V电压，主要使LM358进入双电源工作状态，能输出正负电压。
[0020]所述函数信号发生电路用于发出正弦波、方波和三角波波形，为待测元件提供稳定、可靠、失真小的测试信号；采用的模块为DAC0832数模转换芯片，采样频率为8位的D/A转换芯片；该集成电路中有两个寄存器，使得DAC0832芯片具备双缓冲，单缓冲和直通三种输入方式；采用双缓冲方式，即在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字信号；TL431是可控精密稳压源，输出电压仅需两个电阻即可设置2.5V到36V内的任意值，输出电压作为DAC0832的VREF端口的输入电压；DAC0832输出端连接LM358双运算放大器，放大器的输出端接待测元件或电路板；
[0021]所述参数测量电路分为电压测量电路、电阻测量电路、电感测量电路和电容测量电路四个部分；
[0022]所述WIFI模块电路采用ESP8266
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01S芯片实现单片机和LabVIEW上位机通信；ESP8266负责上网连接WIFI，通过单片机的UART将其添加在STM32F103C8T6单片机中，实现与PC端的LabVIEW上位机通信；
[0023]所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件电路的电路板设计中，采用Altium Designer软件平台设计PCB电路板，所述电路板长为8.00cm，宽为7.20cm。
[0024]进一步，参数测量电路中，所述电压测量的硬件部分由软件实现；电阻和电容的测量电路均采用RC多谐振荡电路；所述电感测量电路则采用电容三点式振荡电路；采用CD4052多路选择开关进行选择和隔离，所述测量模块所产生的特殊脉冲信号就通过CD4052的输出端口传入STM32F103C8T6单片机中，而单片机运用其定时器计数功能通过输入捕获累加的方式，获得待测元器件的的特定频率，经过多次采样，再进行数据处理或滤波，最终得出待测电子元器件的参数值，再将计算得出的参数值输出传入LabVIEW上位机进行显示；所述电压测量电路的硬件部分功能由软件实现，采用分压的方式，利用一个1K电阻和一个
9K电阻将测量电压的范围提升为0
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33V，可继续扩展电压的测量范围；
[0025]所述电阻测量电路采用NE555定时器作为脉冲源，与已知电阻和电容组成RC多谐振荡电路，将待测的电阻接入对应的测量端口，产生振荡脉冲传入CD4052芯片，传入单片机的定时器的输入捕获端口进行脉冲计数，计算出对应的频率，通过对应算法获得待测电阻值；所述电阻测量电路用于测量电阻，实际测量范围为0
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100K，测量的电阻不小于100欧，测量误差即可小于百分之一；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟仪器的电子元器件测试方法，其特征在于，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试方法包括以下步骤：步骤一，基于虚拟仪器平台，采用NE555定时器芯片组成电阻、电容、电感测量电路；步骤二，进行通道选择，获得待测元件的测量值；步骤三，主控芯片与虚拟仪器平台进行通信，将测量值传入上位机；步骤四，通过软件自动进行处理、判断、存储并显示测试结果。2.如权利要求1所述的基于虚拟仪器的电子元器件测试方法，其特征在于，所述步骤一中电阻、电感、电容的测量，包括：(1)电阻测量：其中T1为电容充电时间，T2为电容放电时间，R1＝1k，R2＝1k，R
x
为待测电阻；计算公式与RC振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式(3)由公式(2)演变，通过程序编写公式(3)即可计算出待测电阻R
x
；T＝T1+T2＝ln2*(R
X
+R1+R2)*C
12
+ln2*(R2+R
X
)*C
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)(1)(2)电容测量：与电阻测量方法基本一致，其中R1＝1k，R2＝1k，C
x
为待测电容；计算公式(4)与RC振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式(6)由公式(5)演变，通过程序编写公式(5)计算出待测电容C
x
；T＝T1+T2＝ln2*(R1+R2)*C
x
+ln2*R2*C
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)(4)(3)电感测量：电感测量采用的是电容三点式振荡，与上述的电阻、电容测量原理不同；其中C1，C2均已知，L
x
为待测电容；计算公式(7)与电容三点式振荡的硬件电路有关，频率f由单片机的定时器获取，公式(9)由公式(8)演变，通过程序编写公式(6)即可计算出待测电容L
x
；；；3.一种基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，其特征在于，所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统包括：测试控制系统，用于调配系统资源，完成对被测元件的测试，处理并显示测试结果；
数据采集单元，对被测元件的测试数据进行采集和转换；数据通信单元，将采集到的数据传输到测试控制系统；信号产生单元，为待测元件或硬件系统电路提供必要的输入信号；设备接口，用于为待测元件或硬件系统电路的输入及输出提供端口。4.如权利要求3所述的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，其特征在于，所述硬件系统电路包括电源模块电路、函数信号发生电路、参数测量电路和WIFI电路；所述电源模块用于为系统中其它各个模块提供所需要的电源，全部硬件电路的电源由18650锂电池提供，7.2V，2000mA；由于电路系统由各个不同模块电路组成，需设计多个稳压电路完成：3.3V电压，用于为STM32F103C8T6单片机，ESP8266
‑
01S WIFI模块提供电压；5V电压，用于为CH4052电路，RLC测量电路，DAC0832数模转换模块，指示灯及按键等接口电路；
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5V电压，主要使LM358进入双电源工作状态，能输出正负电压。所述函数信号发生电路用于发出正弦波、方波和三角波波形，为待测元件提供稳定、可靠、失真小的测试信号；采用的模块为DAC0832数模转换芯片，采样频率为8位的D/A转换芯片；该集成电路中有两个寄存器，使得DAC0832芯片具备双缓冲，单缓冲和直通三种输入方式；采用双缓冲方式，即在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字信号；TL431是可控精密稳压源，输出电压仅需两个电阻即可设置2.5V到36V内的任意值，输出电压作为DAC0832的VREF端口的输入电压；DAC0832输出端连接LM358双运算放大器，放大器的输出端接待测元件或电路板；所述参数测量电路分为电压测量电路、电阻测量电路、电感测量电路和电容测量电路四个部分；所述WIFI模块电路采用ESP8266
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01S芯片实现单片机和LabVIEW上位机通信；ESP8266负责上网连接WIFI，通过单片机的UART将其添加在STM32F103C8T6单片机中，实现与PC端的LabVIEW上位机通信；所述基于虚拟仪器的电子元器件测试系统的硬件电路的电路板设计中，采用Altium Designer软件平台设计PCB电路板，所述电路板长为8.00cm，宽为7.20cm。5.如权利要求4所述的基于虚拟仪器的电子元器件测试系统，其特征在于，参数测量电路中，所述电压测量的硬件部分由软件实现；电阻和电容的测量电路均采用RC多谐振荡电路；所述电感测量电路则采用电容三点式振荡电路；采用CD4052多路选择开关进行选择和隔离，所述测量模块所产生的特殊脉冲信号就通过CD4052的输出端口传入STM32F103C8T6单片机中，而单片机运用其定时器计数功能通过输入捕获累加的方式，获得待测元器件的的特定频率，经过多次采样，再进行数据处理或滤波，最终得出待测电子元器件的参数值，再将计算得出的参数值输出传入LabVIEW上位机进行显示；所述电压测量电路的硬件部分功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖波，刘时宇，韩涛，詹习生，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：