簡(jiǎn)易自動(dòng)電阻測(cè)量?jī)x資料講解

1、G 題：簡(jiǎn)易自動(dòng)電阻測(cè)試儀2011 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告年月日摘要本系統(tǒng)是一種基于STC89C5 單片機(jī)的簡(jiǎn)易自動(dòng)電阻測(cè)試電路。該設(shè)計(jì)采用12 位A/D 轉(zhuǎn)換器 構(gòu)成主要的測(cè)量電路，其測(cè)量范圍廣而且可以由繼電器的閉合與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，使用 LCD12864 作為顯示電路，并采用矩陣按鍵實(shí)現(xiàn)電路功能的自由切換與數(shù)據(jù)的輸入。在電壓采樣的方案上選用電壓分壓采樣，電路簡(jiǎn)單又避免自制恒流源本身誤差對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。該電路設(shè)計(jì)新穎、可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，A/D 轉(zhuǎn)換器，電壓分壓采樣，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換AbstractThis system is a kind of STC89C58 MCU

2、 based on simple automatic resista nee test circuits. This design USES A/D converter 12 bit A major measurement circuit, the measuring range and the relay of the closed and shut off to realize automatic conversion, use LCD12864 range as display circuit, and the key to realize the function of the mat

3、rix circuit switch and free data entry. Sampling plan in voltage on subsection power circuit is simple and sampling, pressure to avoid homemade con sta nt curre nt source itself on the measureme nt error in flue nee. The circuit desig n is no vel, the exte nsibility.Key words: MVU, A/D conv erter ,

4、electric pressure , range of subsect ion sampli ng automatic conv ersi on、總體方案設(shè)計(jì)1、電阻測(cè)量電路的選擇與論證方案一此方案采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩電路，電阻的測(cè)量采用“脈 沖計(jì)數(shù) 法”，通過計(jì)算震蕩輸出的頻率來計(jì)算被測(cè)電阻的大小，但是該電路只可以測(cè)出量程在100Q? 1MQ的電阻，達(dá)不到題目要求，故放充此方案。方案二此方案采用數(shù)控恒壓源式閉環(huán)負(fù)反饋電阻測(cè)量的方法，其測(cè)量原理框圖如圖1所示：圖1數(shù)控恒壓源式電阻測(cè)量的閉環(huán)負(fù)反饋方法原理框圖系統(tǒng)有被測(cè)電阻Rx,反饋電阻R0,運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，單

5、片 機(jī)組成。加在被測(cè)電阻Rx上的電壓V是由單片機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換器來控制的， 即可調(diào) 的，必要時(shí)可以在 D/A轉(zhuǎn)換器后加一個(gè)電壓跟隨器以擴(kuò)大帶負(fù)載能力。被測(cè)電阻可RxViVo由下式求得：式中V i D/A轉(zhuǎn)換器（數(shù)控可調(diào)恒壓源）的輸出V0 一放大器的輸出（A/D轉(zhuǎn)換器的輸入）式（1）可以改寫成Vo RoARx由于Vo總是有一定范圍的（如0? 5伏），所以Vi與Rx的比值ViRx必然被 限 制在一定的范圍之內(nèi)（如當(dāng) Ro=10KQ, Vi Rx=0? 0.5V/K Q,可以保證Vo=0? 5V）為 了保證實(shí)現(xiàn)上述要求，則Vi要隨著被測(cè)電阻的大小的變化而變化。被測(cè)電阻Rx大，則Vi大，被測(cè)電阻Rx小

6、，則Vi小，由于電阻Rx是待測(cè)量的，所以件電路設(shè)Vi的確定就不能夠通過式（2）來進(jìn)行，最直觀的想法就是使得 Vi從小到大逐步 加1, 直到使得V0到達(dá)測(cè)量范圍為止。由于此方案需要數(shù)控恒壓源，既增加了硬 計(jì)，又引入了誤差，故放充此方案。方案三 此方案采用比例測(cè)量法，其原理電路見圖 2GND圖2電阻測(cè)量原理電路中由電源通過分壓電阻Ri之后給測(cè)量電路提供電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻Rx的電流基本相等（數(shù)字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽 計(jì)）。Ro略不Ucc UaUaRx所以A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓Ucc和輸入電壓Ua如下關(guān)系:RxUa即:Ro根據(jù)所用A/D轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)字表顯示的是Ucc

7、UaUa與Ucc Ua的比值，也即是Rx與R0的比值。因此這稱為比例讀數(shù)特性。我們只要選取不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻并適當(dāng)?shù)貙?duì)小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測(cè)量擋。R1 10聽時(shí)9919頭女口：對(duì)100擋，取Roi 50，小數(shù)點(diǎn)定在個(gè)位上。當(dāng)就會(huì)顯示出100。當(dāng)Rx變化時(shí)，顯示值相應(yīng)變化，可以從 又如 Rx變化時(shí)，顯示值 對(duì)1K擋，取R02500，小數(shù)點(diǎn)定在千位上。當(dāng)相應(yīng)變化，可以從0.01K測(cè)到0.99K。以此類推。電阻測(cè)量電路見圖3圖3電阻測(cè)量電路由上分析可知 Ri = R01 50 ； R2 = R02 500 ； R3 5K ； R4 5M，該電路 中采用單片機(jī)控制繼電器來實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

8、2、顯示模塊的選擇與論證方案一 LCD1602液晶顯示屏，1602內(nèi)部集成有顯示芯片，可以識(shí)別英文字母、阿拉伯?dāng)?shù)字和日語片假名，液晶1602顯示器，功耗低、體積小、超薄輕巧，在 袖珍式儀表和低功耗 應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)該廣泛，根據(jù)容量可分為1行16字、2行16字、2行20字等等，但顯示內(nèi)容有限，不能滿足題目中的提到的“顯示電位器 阻值隨旋轉(zhuǎn) 角度的變化曲線”，因此舍克該方案。 方案二LCD12864是帶中文字庫(kù)的一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多 種接口方式， 內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊； 其顯示分辨率為128X 64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16

9、*8點(diǎn)ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8X4行16X 16點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示。低 電壓低功耗是其又一顯 著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。故選擇LCD12864作為電路顯示模塊。3、A/D轉(zhuǎn)換芯片的選擇與論證方案一采用八位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832組成A/D轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)模擬電路到 數(shù)字電路的 轉(zhuǎn)換。ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模 擬量轉(zhuǎn)

10、換要求。 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得 芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32 P S,據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn) 換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能 輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。但是，由于ADC0832只有八位分辨率，測(cè)量出來的精度不夠準(zhǔn)確，因此放充該芯片的使用，改用高一點(diǎn)分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。方案二 采用十二位A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC2543組成A/D轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)模擬電路 到數(shù)字電路的轉(zhuǎn)換。TLC2543是12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程，最高

11、分辨可達(dá)4096級(jí)。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源；且價(jià)格適中，分辨率較高，最高分辨可達(dá)4096級(jí)，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。 適合本電路使用，因此我們使用方案二。4、控制芯片的選擇與論證方案一 采用ADuC845芯片,ADuC845是一種嵌有單指令周期，8052閃存MCU、帶兩路24位-刀A/D、雙12位D/A以及兩個(gè)靈活脈寬調(diào)制輸出的高性 能24位數(shù)據(jù)采集與處理芯片。該芯片的數(shù)據(jù)處理速度達(dá)12MIPS ,且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，噪聲低，非常適用于精密儀器儀表。但是該芯片價(jià)格很貴，而且經(jīng)過分析，本系統(tǒng)也不必用到那么高級(jí)的芯片。故舍克本方案。方案二采用普通的STC89C58芯

12、片，通過 STC89C58芯片控制 A/D轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)模擬 電路到數(shù)字電路的轉(zhuǎn)換。 性價(jià)比高，使用技術(shù)成熟。完全符合本系統(tǒng)設(shè) 計(jì)要求。故選擇方5、系統(tǒng)總體框架介紹A/D轉(zhuǎn)換電路/電阻測(cè) 試電路按鍵控制電路89C58 控制電路| 12864 液晶顯示電路步進(jìn)電機(jī)電路電源電路圖4電路系統(tǒng)框圖按照題目設(shè)計(jì)功能要求，本簡(jiǎn)易電阻自動(dòng)測(cè)試儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用STC89C58單片機(jī)做主控電路，采用A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中，通過單片機(jī)控制顯示器實(shí)現(xiàn)被測(cè)電阻阻值的讀出。功能擴(kuò)張部分我們采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)改變電位器的阻值，再通過本系統(tǒng)測(cè)量出電阻值顯示出來。電 路系統(tǒng)框圖見圖4。二、軟件設(shè)

13、計(jì)1、主程序設(shè)計(jì)流程圖2、中斷子程序流程圖開始設(shè)置定時(shí)中斷初始化 LCD初始化測(cè)易檔讀取按鍵圖5主程序設(shè)計(jì)流程圖定時(shí)中斷設(shè)置篩選阻值并顯示讀取AD值是否切調(diào)用畫線函數(shù)顯示0K .設(shè)置阻值范圍并顯示AD讀取數(shù)值判斷電阻是否在設(shè)置范圍內(nèi)I 是顯示NO顯示實(shí)際阻值轉(zhuǎn)換阻值換檔位hr切換顯示阻值?退由中斷圖6中斷子程序流程圖控制步進(jìn)電機(jī)讀取AD值轉(zhuǎn)換阻值將各個(gè)參數(shù)放入表格顯示三、系統(tǒng)指標(biāo)測(cè)試測(cè)量?jī)x器：fluke 37 multimeter（福祿克37萬用表），J2361-1電阻箱1、電阻測(cè)量測(cè)試數(shù)據(jù)記錄（室溫）表1電阻測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量直則量用表1.921431004741K1.45K4.76K9K6.58

14、M37萬用表（Q）2.021.143.2100.34741K1.45K4.76K9.0K|儀表測(cè)量 值（Q）2.0121.143.31004751.01K1.44K4.77K9.04K絕誤差值（Q）0.0100.10.310.01K0.01K0.01K0.04K相對(duì)誤差（%）0.00500.2310.2990.21110.6890.2100.44誤差分析：由于fluke 37 multimeter （福祿克37萬用表）它的電阻檔測(cè)量精度 很高，因此我們把它測(cè)出來的電阻用作基準(zhǔn)電阻。不過再精密的儀器的測(cè)量結(jié)果也有誤差，環(huán)境等其他因素的影響也很大。 所以出現(xiàn)一點(diǎn)誤差是正常的，而且誤差都很小， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)

15、低于題目所要求的，這也說明我們的電路系統(tǒng)基本上是正確的。2、電位器測(cè)量我們通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)來改變電位器阻值， 在通過電阻測(cè)量電路測(cè)出 電位器 的阻值，得出電位器隨步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線圖， 如下圖所示?？?以看出幾乎呈線 性關(guān)系，符合當(dāng)初設(shè)想。電位器阻值隨步迸電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線圖5 O0 lo 32 48 M EO 56 112 1Z8150 176 192 2Q3 224 24J步進(jìn)角度（度）四、總結(jié)由于使用單片機(jī)作為中央控制器和計(jì)算器件，本儀表有功能強(qiáng)、性能可靠、體積小、電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，加上自行設(shè)計(jì)的BCD碼到浮點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換、浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn) 算、計(jì)頻率等功能， 使它可方便地?cái)U(kuò)展其它功能，如頻率計(jì)等。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能又使這個(gè)測(cè)量?jī)x表具有較高的智能化水平。參考文獻(xiàn)曾昭，文卉恐值計(jì)算（第二版）？（匕京:清華大學(xué)出版社，2006高吉祥.模擬電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，2005劉守義？單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)？西安：西安電子