全國電子設(shè)計(jì)大賽論文簡易自動電阻測試儀

1、 簡易自動電阻測試儀（g題） 摘要：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件急劇增加，電子元器件的的適應(yīng)范圍越來越廣泛，在應(yīng)用中我們常常要測量電阻的大小，因此設(shè)計(jì)更加可靠，安全，快捷的電阻測量儀，具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。本系統(tǒng)由at89s52單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理和控制核心，電阻測量采用分壓法，用adc轉(zhuǎn)換芯片tlc2543采集電壓值，用電壓比例計(jì)算的方式計(jì)算其電阻值，通過lcd12864顯示數(shù)據(jù)。通過實(shí)際檢測，該系統(tǒng)的指標(biāo)達(dá)到了要求，工作可靠，操作簡單，用戶界面友好。 關(guān)鍵詞：電阻測量 分壓法 ad轉(zhuǎn)換 at89s52單片機(jī) lcd128641.總體設(shè)計(jì)與方案選擇與論證1.1系統(tǒng)總體構(gòu)成整個系統(tǒng)可由六部分組

2、成，比例分壓電路、ad轉(zhuǎn)換電路、量程切換、單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤電路和顯示電路組成，總體方框圖如圖1所示。 圖 1 系統(tǒng)總體方框圖1.2方案論證1.2.1 電阻測試方案比較 電阻測試儀的比較可有多種方案完成，例如利用模擬電路，電阻可用比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。 方案一：采用cpld或fpga實(shí)現(xiàn) 應(yīng)用目前廣泛應(yīng)用的vhdl硬件電路描述語言，實(shí)現(xiàn)電阻，電容，電感測試儀的設(shè)計(jì)，利用maxplusii集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行綜合、仿真，并下載到cpld或fpga可編程邏輯器件中，完成系統(tǒng)的控制作用。但相對而言規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 方案二：采用rc振蕩回路，通過測量頻率來計(jì)算相應(yīng)的阻值，測量范圍較寬，但振蕩回路

3、受外界干擾較大，測量精度較低，測量誤差不易控制。方案三： 采用分壓法，通過測量電壓值，采用電壓比例計(jì)算r值，該方案電路穩(wěn)定，受外界影響小，測量精度高，且測量范圍較寬，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動化，而且設(shè)計(jì)時間短，成本低，可靠性高。 綜上所述，系統(tǒng)將采用方案三，更為簡便可靠，節(jié)約成本。 1.2.2 分壓電路方案分壓電路采用常用的三端集成穩(wěn)壓芯片7805提供恒定的5v電壓，構(gòu)成總電壓為5v的串聯(lián)分壓電路，7805外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，簡化了電路設(shè)計(jì)。1.2.3 ad轉(zhuǎn)換方案方案一： 采用adc0832 ，adc0832是并接口的8位a/d轉(zhuǎn)換器

4、，雙通道a/d轉(zhuǎn)換，輸出輸入電平與ttl/cmos相兼容，最高轉(zhuǎn)換時間為32us，體積小，使用簡單，價格便宜，但分辨率較低，難以滿足測量需求。方案二，采用tlc2543，tlc2543為12為串行模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成a/d轉(zhuǎn)化過程，最高分辨率達(dá)4096，在輸入電壓為05v時，電壓精度可達(dá)到1.2mv。由于采用串行結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51單片機(jī)的io口資源，價格適中，外圍電路簡單等，穩(wěn)定可靠。本系統(tǒng)采用tlc2543實(shí)現(xiàn)ad轉(zhuǎn)換。1.2.4自動量程切換方案自動量程切換采用軟件來實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)思路：采用逐次比較判別的方法，每次測量電阻時，系統(tǒng)將自動默認(rèn)最小量程，系統(tǒng)所測的阻值與該量

5、程的最大值比較，如果測量阻值小于或等于最大阻值，及沒有超出量程，系統(tǒng)顯示測量結(jié)果，如果測量阻值超出最大值，系統(tǒng)自動跳到第二個量程，繼續(xù)測量電阻，再將測量結(jié)果比較判斷，依此類推，直到所測阻值沒有超出當(dāng)前量程的量程范圍，系統(tǒng)自動顯示測量結(jié)果，完成測量。1.2.5 單片機(jī)方案 在整個電路中，電阻計(jì)算和顯示，量程的自動換等復(fù)雜任務(wù)的處理都要依靠單片機(jī)來完成，所以采用一款我們熟煉、可靠、高性能的單片機(jī)，是保證我們完成整個任務(wù)的基石。 所以在系統(tǒng)我們采用我們常用的高性能cmos 8位微控制器at89s52。at89s52具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)

6、制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在系統(tǒng)可編程flash，在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，且價格相比同類產(chǎn)品非常便宜，具有很高的性價比，在電路中完全滿足設(shè)計(jì)要求。1.2.6數(shù)據(jù)顯示方案 方案一：采用字符型lcm1602液晶顯示器。微功耗、尺寸小，超薄輕巧，價格便宜。但界面較小，不能顯示圖形，不能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 方案二：lcd12864是128*64點(diǎn)陣液晶模塊，控制器為 ks0108或兼容 st7920 t6963c 。12864顯示信息量大、字跡清晰、穩(wěn)定，美觀、視覺舒適

7、，能夠顯示圖形,故本系統(tǒng)采用lcd12864液晶顯示器.2. 理論分析與計(jì)算2.1.電阻測量原理分壓即電阻串聯(lián)分壓，在電路中被測電阻r1和一個高精度的已知基準(zhǔn)電阻r2串聯(lián)，并在兩個電阻的兩端加一個已知的恒定電壓v，設(shè)r1兩端的電壓為v1，r2兩端的電阻為v2，根據(jù)歐姆定律， r1/(r1+r2)*v=v1 化簡可得 r1=(v1*r2 )/(v-v1)由于v1，r2，已知，v1由電路自動測量得到，經(jīng)過單片機(jī)計(jì)算可得出被測電阻的阻值。 2.2.自動量程轉(zhuǎn)換原理。自動量程切換的實(shí)現(xiàn)原理：采用逐次比較判別的方法，每次測量電阻時，系統(tǒng)將自動默認(rèn)最小量程，系統(tǒng)所測的阻值與該量程的最大值比較，如果測量阻值

8、小于或等于最大阻值，及沒有超出量程，系統(tǒng)顯示測量結(jié)果，如果測量阻值超出最大值，系統(tǒng)自動跳到第二個量程，繼續(xù)測量電阻，再將測量結(jié)果比較判斷，依此類推，直到所測阻值沒有超出當(dāng)前量程的量程范圍，系統(tǒng)自動顯示測量結(jié)果，完成測量。2.3電位器阻值曲線變化裝置 曲線裝置將采用步進(jìn)電機(jī)控制電位器旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電路采用h橋電路，用軟件來控制電位器旋轉(zhuǎn)角度與電阻值采集的同步。3.硬件電路設(shè)計(jì)3.1 分壓電路設(shè)計(jì)在電路中，7805構(gòu)成恒壓源，r1,r4為兩個高精度基準(zhǔn)電阻，rx為被測電阻，rx兩端電壓值由后級電路tlc2543采集。雙刀雙置開關(guān)sw2實(shí)現(xiàn)100，1k，10k三個自動量程擋位到10m檔位的切換。電路如圖

9、2所示。 圖2 分壓電路3.2 ad轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)tlc2543為12位的a/d轉(zhuǎn)化芯片，有12個模擬輸入通道，分辨率達(dá)4096。程序設(shè)計(jì)采用模擬通道ain0端，并用高輸入阻抗運(yùn)放lf356阻抗匹配，提高測試精度以及電路的穩(wěn)定性。圖中l(wèi)f356的3腳為電壓輸入端，輸入的模擬電壓經(jīng)tlc2543進(jìn)進(jìn)行a/d后。數(shù)字量以spi總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。電路如圖3所示。 圖3 tlc2543電路模塊 圖4 電機(jī)驅(qū)動電路3.4電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 電機(jī)驅(qū)動電路采用h橋電路，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，及實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動復(fù)位與自動測量兩個過程，與如圖4所示3.3 單片機(jī)及顯示電路設(shè)計(jì)at89s52單片機(jī)

10、為數(shù)據(jù)處理和控制核心，lcd12864實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示，電路圖5所示。 圖 5 單片機(jī)及顯示電路3.5 鍵盤電路設(shè)計(jì)鍵盤采用常用的4*4矩陣鍵盤，各鍵功能見操作說明。電路如圖6所示。 圖6 鍵盤電路電路 圖7 電源電路圖3.6電源電路 電源采用7809，7909構(gòu)成正負(fù)電源，提供9v的電壓輸出。電路如圖7所示。4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件基于keil c51開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)，總體設(shè)計(jì)包括四部分：按鍵模式選擇、測量模式、篩選模式和曲線模式。主流程圖如圖8所示，自動量程轉(zhuǎn)換模式流程圖如圖9所示，自動篩選模式流程圖如圖10所示。 圖8 主流程圖 圖9 自動量程程序流程圖 圖10 自動篩選程序流程圖 5.測試

11、方法及測試結(jié)果 5.1 測試方案及測試條件本設(shè)備的操作說明見附錄1。5.1.1電阻測量測試測試方法：在各自量程范圍內(nèi)，每一個量程測5種不同阻值的電阻，采用4位半高精度vc9807a+萬用表和普通三位半vc830l數(shù)字萬用表做參考對照，測量數(shù)據(jù)表格如下所示。 表1 量程：100（室溫下）標(biāo)識阻值 5.1 10 51 68 86 vc9807測量值 5.21 10.06 50.22 64.58 89.84vc830l測量值 5.3 10.8 52.6 65.4 88.2電阻測量儀值 5.0 10.1 51.0 64.9 88.9 表2 量程：1k（室溫下）標(biāo)識阻值 150 330 470 680

12、820vc9807測量值 145.28 327.3 476.8 656.3 819.6vc830l測量值 147.9 331 479 654 820電阻測量儀值 145 328 478 657 821 表3 量程：10k（室溫下）標(biāo)識阻值 1k 2k 4.7k 5.1k 9.1kvc9807測量值 0.994k 1.964k 4.561k 5.247k 9.143kvc830l測量值 0.99k 1.95k 4.56k 5.22k 9.15k電阻測量儀值 0.993k 1.97k 4.55k 5.24k 9.14k 表4 量程：10m（室溫下）標(biāo)識阻值 10k 100k 470k 1m 9.1

13、mvc9807測量值 0.009m 0.099m 0.469m 1.009m 8.899mvc830l測量值 0.01m 0.09m 0.45m 1.01m 8.90m電阻測量儀值 0.01m 0.09m 0.46m 1.02m 8.87m1. 自動量程切換測試測試方法：任選多個阻值在自動量程范圍內(nèi)的不同電阻，接入測試儀測試其自動量程切換功能，用vc9807的測量值做標(biāo)準(zhǔn)值參照，測試結(jié)果如下 表5 自動切換量程測試 標(biāo)識阻值 47 470 4.7k 470kvc9807測量值 46.49 478.4 4.55k 460k測量儀測試值 47.1 4.79 4.58k 463k由上表可知，在不需要

14、人為干預(yù)下，系統(tǒng)可自動進(jìn)行100、1k、10k三量程的自動切換，穩(wěn)定可靠。2. 篩選功能測試測試方法：任選1組阻值為4.7k的電阻，共5個，在測量儀中設(shè)定篩選值為4.7k，和誤差范圍為2%，進(jìn)行電阻篩選測試，用vc9807的測量值做標(biāo)準(zhǔn)值參照。測試結(jié)果表6所示： 表6 篩選電阻值4.7k vc9807測量值 4.75 4.81 4.68 4.76 4.73 阻值誤差 1.0% 2.3% 0.4% 1.2% 0.6% 篩選接果 符合 不符合 符合 符合 符合由檢測結(jié)果可知，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電阻篩選功能。3. 電位器阻值變化曲線裝置測試測試方法：任選一個阻值在量程范圍內(nèi)的電位器，然后將電位器接入測量儀中

15、，觀察其變化曲線情況，實(shí)物曲線圖如下 5.2測試結(jié)果 通過實(shí)際使用測試，和對測量數(shù)據(jù)的分析，整個系統(tǒng)系統(tǒng)完成了以下指標(biāo)。 1）系統(tǒng)電阻測量量程可 100、1k、10k、10m四檔可調(diào)，測量準(zhǔn)確度可達(dá)（1%讀數(shù)+2字），達(dá)到基本要求 2）系統(tǒng)可三位有效數(shù)字顯示阻值，能自動顯示小數(shù)點(diǎn)和單位，達(dá)到基本要求 3）系統(tǒng)具有 100、1k、10k三量程自動切換功能，達(dá)到作品基本要求 4）系統(tǒng)具有自動篩選功能，可任意設(shè)定要篩選的電阻值和誤差值，實(shí)現(xiàn)電阻自動篩選功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分第一點(diǎn)要求。 5) 系統(tǒng)能夠自動測量并顯示電位器阻值曲線變化圖，實(shí)現(xiàn)發(fā)揮部分第二點(diǎn)要求。5.3測試結(jié)果分析 所有的測試過程嚴(yán)格按照要

16、求來進(jìn)行，所有測試數(shù)據(jù)和測試結(jié)果準(zhǔn)確真實(shí)有效。 6、結(jié)論 儀器類的作品往往各方面都具有嚴(yán)格的要求，尤其是精確度這方面，所以高精確度是我在設(shè)計(jì)整個電路時的基本原則，所以在作品在最終測試時，確實(shí)在這一塊做的很好不錯，出乎我們的意料。我們在完成題目基本要求的同時，還對功能做了擴(kuò)展，做了良好的人機(jī)交互界面，使其更具實(shí)用性。 能夠完成整個作品的制作與我們豐富的理論知識和優(yōu)秀的動手能力是分不開的，我想我們已經(jīng)準(zhǔn)備好迎接更多更大挑戰(zhàn)。參考文獻(xiàn)：信號與系統(tǒng)，沈元隆 周井全編，北京：人民郵電出版社，2007年；c程序設(shè)計(jì)，譚浩強(qiáng)著，北京：清華大學(xué)，2005年；電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分，康華光編，北京：高等教育出版

17、社，2006年；電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分，康華光編，北京：高等教育出版社，2006年；單片機(jī)原理及應(yīng)用，李建忠著，西安：西安電子科技大學(xué)，2002 年；晶體管電路設(shè)計(jì)，鈴木雅臣著，北京：科學(xué)出版社，2006年；附錄1 操作說明 圖11 操作示意圖1操作說明 檢查ac220v電壓是否標(biāo)準(zhǔn)接通電源查看電源指示燈稍等3s進(jìn)入使用界面（默認(rèn)電阻測量） 1.操作面板見圖11 2.電阻大小測量：開機(jī)默認(rèn)進(jìn)入（或功能鍵進(jìn)入）界面，按“量程”鍵選擇需要的測量模式，分“自動擋”和“m檔”兩個檔位，選定模式后，接入電阻便可測量讀取數(shù)據(jù) 在任意模式下，按“測量”鍵，都會自動進(jìn)入電阻測量模式。 3.電阻篩選：按“篩選”

18、鍵選擇進(jìn)入篩選功能 輸入預(yù)設(shè)阻值輸入誤差范圍加入待測電阻 ， 輸入方式為:“*.*單位*”其中前三位數(shù)字為要篩選的電阻值，且小數(shù)點(diǎn)一定要在第二位輸入，單位代表電阻的單位。后兩位為需要設(shè)置的誤差范圍，數(shù)值范圍為0到99（0%到99%），例如要篩選阻值為4.7k的電阻，允許誤差為5%。則輸入方法為：4.70k05，即可接入電阻測量并篩選電阻，系統(tǒng)將自動顯示檢測并顯示電阻是否合格。 4.電位器特性曲線自動測試：按“曲線”鍵選擇進(jìn)入電位器曲線變化模式， 電機(jī)將自動給電位器清零（電位器原點(diǎn)）后系統(tǒng)自動開始測試，繪完曲線并顯示，等待下次測試 附錄 2：電路圖紙 圖12 單片機(jī)電路連接圖 圖13 tlc2543電路圖 圖16電源 圖17電機(jī)驅(qū)動電路 附錄 2：主要程序清單 tlc2543程序#ifndef _ad2543_h_#define _ad2543