任务

   图1 任务内容 

要求

  图2 基本要求内容

  图3 发挥部分内容 

说明

  图4 说明内容

评分标准

   图5 评分内容

正文 （部分）

摘要

本实验基于TI公司的TM4C123GH6PM主控，结合OPA2337芯片和其他硬件模块，设计并制作了一种单相逆变器并联运行系统。通过该系统，成功实现了电容和电感的测量功能。实验任务包括测量电容量及其损耗角正切D，并控制测量误差在规定范围内；发挥部分实现了电感量及其品质因数Q的测量。实验要求包括测量范围、相对误差、测量频率、测量时间等方面的要求。实验说明提供了具体的操作要点和注意事项。

关键词：单相逆变器，并联运行系统，TM4C123GH6PM，OPA2337，电容测量，电感测量

1.1 主控模块的论证与选择

方案一：选用TI公司的TM4C123GH6PM主控

优点：性能稳定可靠，具有丰富的外设资源，易于使用和开发。

缺点：成本相对较高。

方案二：选用TI公司的MSP430F5529主控

优点：低功耗，适合电池供电场景，成本较低。

缺点：外设资源相对较少。

方案三：选用TI公司的TIVA C系列主控

优点：性能较高，丰富的外设资源，易于扩展。

缺点：相对较新，资料和社区支持可能较少。

经过综合考虑，我们选择方案一，即选用TI公司的TM4C123GH6PM主控作为系统主控。

1.2 硬件控制方案的论证与选择

方案一：使用TI公司的OPA2337芯片搭建系统，采用以下硬件模块实现功能

模块一：电容测量模块

1.电容测量范围：1nF～100nF。

2.使用精确的RC振荡器产生固定频率信号，通过电容充放电时间测量电容值。

3.选用高精度ADC模块进行电压测量。

4.使用TI公司的OPA2337进行电压放大和滤波。

模块二：电感测量模块

1.电感测量范围：10μH～100μH。

2.使用LC振荡电路产生可调频率信号，由电感和电容组成谐振电路。

3.通过测量谐振频率计算电感值，并使用高精度ADC进行电压测量。

4.使用TI公司的OPA2337进行电压放大和滤波。

方案二：使用TI公司的LM324芯片搭建系统，采用以下硬件模块实现功能

（具体硬件方案待补充）

方案三：使用TI公司的ADS1115芯片搭建系统，采用以下硬件模块实现功能

（具体硬件方案待补充）

2.2 电容损耗角正切D的计算

为了测量电容损耗角正切D，我们可以采用相位差法。在给定的频率下，测量被测电容元件的相位差，然后利用相位差与电容损耗角正切的关系计算D的值。

根据相位差法的原理，电容元件的相位差可以表示为:

φ = arctan(-wRC)

其中，φ是相位差，w是角频率，R是电容元件的等效串联电阻，C是电容量。

为了计算电容损耗角正切D，我们可以将上述方程重新整理为:

D = tan(φ) / (wR)

通过测量电容元件对应频率下的相位差φ，并利用上述公式计算D的值。

3．电路与程序设计

3.1 电路的设计

3.1.1 系统总体框图

以TI公司的TM4C123GH6PM主控为核心，进行单相逆变器并联运行系统实验。系统总体框图如图3-1所示。

图3-1 系统总体框图

3.1.2 单相逆变器子系统电路原理图

单相逆变器子系统电路如图3-2所示：

图3-2 单相逆变器子系统电路

3.1.3 并联运行子系统电路原理图

并联运行子系统电路如图3-3所示：

图3-3 并联运行子系统电路3.2 程序的设计

4．测试方案与测试结果

4.1测试方案

4.1.1 功能测试

（1）电容量测试

1、将待测试的电容器接入测量装置。

2、启动测量装置，开始自动测量电容量。

（2）电容 D 值测试

1、将待测试的电容器接入测量装置。

2、启动测量装置，开始自动测量电容的损耗角正切 D 值。

3、记录测量结果。

（3）电感量测试

1、将待测试的电感器接入测量装置。

2、启动测量装置，开始自动测量电感量。

3、记录测量结果。

4、根据测量范围和相对误差要求，判断测试是否合格。

（4）电感 Q 值测试

1、将待测试的电感器接入测量装置。

2、启动测量装置，开始自动测量电感的品质因数 Q 值。

3、记录测量结果。

（5）其他功能测试

1、根据实际需要，进行其他功能的测试，如信号输出接口的测试等。

2、记录测试结果。

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硬性的标准其实限制不了无限可能的我们，所以啊！少年们加油吧！