設(shè)計并實現(xiàn)對電阻器電阻值的測量課設(shè)

1、課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 設(shè)計并實現(xiàn)對電阻器電阻值的測量 初始條件：（1）PROYUES、KEIL等軟件；（2）課程設(shè)計輔導書：單片微型計算機（3）先修課程：51單片機C語言教程、微機原理。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）（1）設(shè)計原理或方法； （2）系統(tǒng)硬件線路設(shè)計圖；（3）程序框圖；（4）資源分配表；（5）總結(jié)與心得。時間安排：第19周指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日摘要本設(shè)計電阻測量是利用A/D轉(zhuǎn)換原理，將被測將被測模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并用數(shù)字方式顯示測量結(jié)果的

2、電子測量儀表。通常測量電阻都采用大規(guī)模的A/D轉(zhuǎn)換集成電路，測量精度高，讀數(shù)方便，在體積、重量、耗電、穩(wěn)定性及可靠性等方面性能指標均明顯優(yōu)于指針式萬用表。其中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號按規(guī)定的時序?qū)/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換去中各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計數(shù)譯碼電路變換成BCD碼，最后驅(qū)動顯示器顯示相應的數(shù)值。本系統(tǒng)以單片機AT89C51為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809設(shè)計一個電阻測量表，能夠測量一定數(shù)值之間的電阻值，通過1602顯示屏顯示。具有讀數(shù)準確，測量方便的特點。 關(guān)鍵詞：單片機（AT89C51) 電

3、壓 A/D轉(zhuǎn)換 ADC0809 1602目錄1.概述·············································

4、3;·············12.總體方案設(shè)計···································&

5、#183;············2 2.1.方案比較···································

6、83;············2 2.2.方案選擇····································

7、;············33.單元模塊設(shè)計····································&#

8、183;···········3 3.1.各個單元模塊功能介紹及電路設(shè)計··················4 3.1.1.傳感器模塊··············

9、3;·························43.1.2.三運放放大電路模塊······················

10、·······4 3.1.3.雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ICL7107）模塊············53.1.4.數(shù)碼管顯示模塊························&

11、#183;··········8 3.2.電路參數(shù)的計算及元器件的選擇·······················9 3.2.1.橋式電路···········

12、;······························93.2.2.三運放放大電路·················

13、83;···············9 3.2.3 雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ICL7107）···················10 3.3.特殊器件的介紹·········

14、······························10 3.3.1.ICL7107·················&#

15、183;·······················10 3.4.各單元模塊的聯(lián)接························

16、;·············134.相關(guān)軟件介紹···································&

17、#183;···········145.系統(tǒng)調(diào)試·····································

18、;···············156.總結(jié)與體會·································&#

19、183;················167.參考文獻································

20、····················17附錄一·····························&

21、#183;····························181 設(shè)計目的及其意義 本設(shè)計基于單片機和AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電阻的測量。采用ADC0809，實現(xiàn) 由模擬電壓轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號，通過單片機系統(tǒng)處理后，由LCD顯示被測量電 阻的阻值。測量范圍為12K，精度大于98%。2方案設(shè)計 2.1 總體設(shè)計思路 本設(shè)計包括

22、硬件和軟件設(shè)計兩個部分。模塊劃分為電壓測量（數(shù)據(jù)采集）、 模數(shù)轉(zhuǎn)換、阻值顯示等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：電壓測量，電壓轉(zhuǎn)換電阻， 阻值顯示及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳 送、顯示等功能。 從設(shè)計的要求來分析該設(shè)計須包含如下結(jié)構(gòu)：電壓測量電路，電壓轉(zhuǎn)換電 路，阻值顯示電路、單片機及相關(guān)的控制軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 1總體設(shè)計框圖所示：AT89C51電壓轉(zhuǎn)換電阻（ADC0809）LCD顯示電壓測量測量精度選擇圖1 總體設(shè)計框圖 處理器采用51系列單片機AT89C51。整個系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作 的。當測量一個電阻時，經(jīng)過電壓采集，電壓轉(zhuǎn)換為電阻，電阻顯示

23、三個部分 可以在LCD上顯示該被測電阻的阻值。當被測電阻為100范圍以內(nèi)時，通過 開關(guān)選擇測量量程，再次測量該電阻，以減小誤差。2.2 具體電路模塊設(shè)計 2.2.1 電壓測量的設(shè)計 如圖2所示為被測電阻電壓測量。電壓經(jīng)過已知電阻R1和被測電阻Rx接到地。通過OUT輸出被測電阻Rx上的電壓。送到ADC0809的IN0口。圖2 被測電阻電壓測量圖 2.2.2 模數(shù)ADC轉(zhuǎn)換的設(shè)計 由電壓測量得到的電壓經(jīng)過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換可得到8位的電壓值，經(jīng)過 歐姆定律（即電壓之比等于電阻之比）可得到被測電阻的阻值的大小。公式 如下： 本設(shè)計用到的R1的阻值為300。 由被測電阻得到的電壓值經(jīng)ADC0809的26腳

24、IN0輸入，經(jīng)過內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換，在OUT17輸出數(shù)字電壓量，經(jīng)過上述公式的轉(zhuǎn)變，在P2口上的顯示的數(shù)字量為被測電阻的阻值數(shù)字量。如圖3所示為被測電阻電壓量轉(zhuǎn)換為阻值量。圖3 被測電阻電壓量轉(zhuǎn)換為阻值量圖 2.2.3 液晶顯示電路的設(shè)計 經(jīng)過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的電阻值數(shù)字量，在MCU的P2口輸入， MCU系統(tǒng)處理后在P0口由LCD1602顯示出來該被測電阻的阻值。如圖4 所示為被測電阻阻值顯示。圖4 被測電阻阻值顯示圖 2.2.4 時鐘電路的設(shè)計 XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，X

25、TAL2應不接。 因為一個機器周期含有6個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為2個振蕩周期，所以一個機器周期共有12個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個振蕩周期為1/12us，故而一個機器周期為1us。如圖5所示為時鐘電路。圖5 時鐘電路圖 2.2.5 復位電路的設(shè)計 復位方法一般有上電自動復位和外部按鍵手動復位，單片機在時鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個機器周期的高電平時就可以完成復位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時，則復位信號持續(xù)時間應不小于2us。本設(shè)計采用的是外部手動按鍵復位電路。如圖6所示為復位電路。圖6 復位電路圖2.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說明

26、硬件電路的設(shè)計見附圖示，從以上的分析可知本設(shè)計中要用到如下器 件：STC89C52RC、ADC0809轉(zhuǎn)換器、LCD1602、按鍵等一些單片機外圍應用電路，以及單片機的手工復位，單片機電源電路等。其中R3，R6電阻為已知電阻，R4，R5為不同測量精度下的未知電阻，開始工作時可在LCD上觀察到被測電阻的阻值。電路設(shè)有2個按鍵，S1鍵作為阻值測量精度的選擇鍵，S2鍵作為電路復位鍵。2.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 2.4.1主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序流程圖如下圖7所示。開始系統(tǒng)初始化選擇測量精度開關(guān)S1，重測此電阻（重新）放置電阻初次顯示<300無正常顯示 正常顯示最終

27、顯示結(jié)束圖7 主程序工作流程圖3軟件仿真本設(shè)計通過利用Proteus仿真，將所編寫的程序用Keil軟件編譯，所仿真原理圖見附錄二。本設(shè)計所要求達到的目標是測量一個電阻，在誤差允許范圍內(nèi)，通過LCD1602顯示出該電阻的阻值。測量的部分電阻的阻值如下表1所示。 表1 仿真測量電阻阻值實際電阻（）仿真測量（300）硬件測量（300）1.2201.5202.1222.6223.5224.3445.4446776.37499710991414122019192321214748484948485151519089891009898120121121220218222240240245300300300

28、3303273384704694775105085165505505671K99310274總結(jié)與體會 通過此次課程設(shè)計，我對單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與程序燒錄有了進一步的了解和認識，在設(shè)計硬件電路過程中，我通過對 本設(shè)計研究了一種基于單片機技術(shù)的電阻測量。由電路知識可以容易測 出一個電阻上的電壓，通過歐姆定律又能得到該電阻的阻值。由于測量的電壓是模擬量，故用ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由單片機系統(tǒng)處理即可完成電阻的阻值測量。 由于數(shù)字量在數(shù)值上是離散的，通過此種方法得到的阻值存在著誤差，為了盡可能的減小此誤差，在選擇已知電阻上，試用了很多電阻。通過大量數(shù)據(jù)與實際電阻的阻值相比較，以及實驗室能提供的電阻

29、，選用了300的已知電阻，選擇合適的已知電阻阻值可以盡可能的減小誤差。表1中給出了部分電阻的硬件電路測量結(jié)果，從中可以得知，對于不同的電阻阻值測量精度不同。本設(shè)計只采用了并聯(lián)一個已知電阻，通過被測電阻的分壓達到測量的目的，測量范圍從12K，精度大于98%。由于硬件電路的連接，元器件不理想等原因，實際測量電阻的阻值與仿真得到的阻值還是有一定誤差的。 回顧起此次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，可以說，這次課程設(shè)計比較不容易，因為很多內(nèi)容還未進行學習，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。這次設(shè)計使自己有機會使用到原來所學知識，并且可以

30、有更深的認識，可以時候收獲不小。首先，在這次設(shè)計過程中我查閱了很多資料，通過查閱各種資料，加深了我對更多理論知識的理解，同時也增強了我對資料的檢索能力。其次，通過這次課程設(shè)計增加了我對很多元器件、模擬電路和數(shù)字電路的理解。 雖然硬件電路能正常工作，但程序以及元器件的選擇不足，使得這次設(shè)計并沒有達到很好的測量效果，對微歐姆級和K歐姆級電阻無法測量，還是感到不理想。 通過此次設(shè)計，尤其硬件電路的焊接，對單片機系統(tǒng)有了更好的認識。在以后的學習中，會更加注重設(shè)計原理與硬件電路的相結(jié)合，做好每一個設(shè) 計，達到理想的要求。盡管最終獲得的知識很多，但更多的還是精神上的收 獲。它讓我明白了學無止境、活到老學到

31、老的真理。在人生路上，迎接我們 去挑戰(zhàn)的艱難還有很多很多，等待我們?nèi)フ鞣拇煺圻€有很多很多，我們需 要在奮斗這條路上勇敢的走下去！5 參考文獻 1 張鑫. 單片微機原理與應用.M 北京.電子工業(yè)出版.2008 2 樓然苗.李光飛. 單片機課程設(shè)計指導. M 北京.航空航天大學出版社. 2007 3 長洪潤.劉秀英. 單片機應用設(shè)計200例（上、下）. M 北京.航空航天大學出版社.2006 4 張毅剛. 新編MCS51單片機應用設(shè)計（第3版）. M 哈爾濱工業(yè)大學出版社.2008 5 馬靜.單片機原理與應用. M 實踐教學指導書中國計量出版社. 2003附錄一 設(shè)計編程程序/*頭文件及宏定義*

32、#include<reg51.h>sbit START=P34; /ATART，ALE接口。0->1->0:啟動AD轉(zhuǎn)換。sbit EOC=P33; /轉(zhuǎn)換完畢由0變1. sbit LCDRS=P35;sbit LCDRW=P36;sbit LCDE=P37;sbit CLK=P11; /定義時鐘接口unsigned char clk_0=0; /定時器中斷計數(shù)bit transform=0; /轉(zhuǎn)換標志位unsigned int AD_Transform()float Rt;START=1; /啟動AD轉(zhuǎn)換。START=0;while(EOC=0); /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束。

33、Rt=P2; /輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果。Rt=Rt*300/(255-Rt); /已知電阻為300歐姆，計算未知電阻，測量阻值0-1999歐姆return Rt;/*延時函數(shù)*void vDelay_1ms(unsigned int x)unsigned int i,j;for(j=0;j<x;j+) for(i=0;i<110;i+);/*寫入指令*void vWriteCMD(unsigned char cmd) LCDRS=0;LCDRW=0;LCDE=0;P0=cmd;vDelay_1ms(5);LCDE=1;vDelay_1ms(5);LCDE=0; /最后執(zhí)行命令/*寫入數(shù)據(jù)*v

34、oid vWriteData(unsigned char dat) LCDRS=1;LCDRW=0;LCDE=0;P0=dat;vDelay_1ms(5);LCDE=1;vDelay_1ms(5);LCDE=0; /最后顯示數(shù)據(jù)。/*顯示一串字符*void vShowOneChar(unsigned char ucChar)switch(ucChar)case ' ': vWriteData(0x20);break;case ':': vWriteData(0x3A);break; case '(': vWriteData(0x28);break

35、;case ')': vWriteData(0x29);break;case '0': vWriteData(0x30);break;case '1': vWriteData(0x31);break;case '2': vWriteData(0x32);break;case '3': vWriteData(0x33);break;case '4': vWriteData(0x34);break;case '5': vWriteData(0x35);break;case '6&

36、#39;: vWriteData(0x36);break;case '7': vWriteData(0x37);break;case '8': vWriteData(0x38);break;case '9': vWriteData(0x39);break;case 'R': vWriteData(0x52);break;case 'a': vWriteData(0x61);break;case 'c': vWriteData(0x63);break;case 'e': vWriteData(0x65);break;case 'i': vWriteData(0x69);break; case 'n': vWrit