簡易自動電阻測試儀設(shè)計報告

摘要近年來，電子工業(yè)發(fā)展很快，電子元器件更是發(fā)展迅速，應(yīng)用最為廣泛，在實際電子設(shè)計中我們往往要測量出電子元器件的大小。如；電阻的阻值，因此，設(shè)計一個不僅安全性和可靠性高，而且簡易實用的電阻測量儀具有很大的現(xiàn)實意義。目前單片機滲透于我們生活的各個鄰域，它具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、體積小、等優(yōu)點，采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能強大，例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。在系統(tǒng)硬件設(shè)計中，利用STC公司（宏晶科技）生產(chǎn)的STC12C5A60S2系列做為核心控制芯片設(shè)計一款簡易電阻測量儀，設(shè)計主要采用按鍵控制功能之間的切換，并實現(xiàn)各量程的自動轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)各個參數(shù)的測量。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，利用keilc51軟件開發(fā)系統(tǒng)的軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，編譯后生成的匯編代碼。關(guān)鍵字：STC12C5A60S2、MzLHOl-12864、單片機AbstractInrecentyears,theelectronicsindustryisdevelopingveryquickly,electroniccomponentsisdevelopedrapidly,andmostwidelyusedinpracticalelectronicdesign,wetendtomeasurethesizeoftheelectroniccomponents.Suchas;Resistance,therefore,resistanceofthedesignanotonlysecurityandreliabilityofthehigh,andsimplepracticalresistancemeasurementinstrumenthasgreatpracticalsignificance.AtpresentSCMpenetrationinourlifeinallneighborhood,itissimpleinstructure,highreliability,smallvolume,etc,andUSESthemonolithiccontrolmakesinstrumentsdigital,intelligent,miniaturization,andpowerfulfunctions,suchasthemeasurementprecisionequipment(thepowermeter,oscilloscope,allkindsofanalyzer).Inthehardwaredesign,theuseofthecompany'sdigitalmultimeterMAXIMintegratedchipMAX134designasimpleresistancemeasurementinstrument,willusetheresistanceofthecorrespondingoscillatingcircuittransformationfrequencysoastorealizethevariousparametersmeasurement.Inthedesignofsoftwaresystem,usingthekeilsoftwaredevelopmentsystemsoftwarec51providerichlibraryfunctionandpowerfulintegrateddevelopmentdebugtool,compiledgeneratedassemblycode.Keyword:MAX134,MzLH01-12864andsingle-chipmicrocomputer………….…4總體方案設(shè)計………………….5方案比較…………………...6方案選擇……….7模塊設(shè)計……….……………...101電源模塊…… 102顯示模塊…………...……..11主程序模塊…………………124電阻測試模塊 15軟件設(shè)計………………..………161軟件設(shè)計流程………………13測試參數(shù)…………15設(shè)計總結(jié)…………161設(shè)計收獲及體會………… 16參考文獻……… 17附…………………18前言近年來，電子工業(yè)發(fā)展很快，由于生產(chǎn)技術(shù)的提高和加工工藝的改進，電子元器件發(fā)展迅速，應(yīng)用最為廣泛，成為近代科學發(fā)展的重要標志，在實際電子設(shè)計中我們往往要測量出電子元器件的大小。如；電阻的阻值，因此，設(shè)計一個不僅安全性和可靠性高，而且簡易實用的電阻測量儀具有很大的現(xiàn)實意義設(shè)計目的和意義一般情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測量是把被測量參數(shù)進行轉(zhuǎn)化，電阻測量在恒定電路中有伏安法測電阻，橋式電路測電阻，半偏法測電阻，等效替代法測電阻，公式計算法測電阻，其中伏安法是根據(jù)部分電路歐姆定律，但以上方法如啊簡單測量都不能達到要求由于測量電阻方法多種多樣，并且都具有一定的復雜性。所以本次設(shè)計是萬用表電路基礎(chǔ)上擬定一套自己的設(shè)計方案。是嘗試用555振蕩電路將被測參數(shù)轉(zhuǎn)化成頻率這里我們把RLC的測量電路產(chǎn)生的頻率送入以STC12C5A60S2為核心單片機最小系統(tǒng)的計數(shù)端口，通過定時并且計數(shù)可以計算出被測頻率再通過頻率計算出電阻值。電阻測量儀的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀中國電子測量技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展歷程，為中國的經(jīng)濟發(fā)展、科學文化、特別是國防軍事的發(fā)展做出了的巨大貢獻。隨著世界高科技發(fā)展的潮流，中國電子測量儀器也步入了高速發(fā)展的道路，特別是經(jīng)過“九五”期間的發(fā)展，我國電子測量技術(shù)在若干重大科技領(lǐng)域取得了突破性進展，為我國電子測量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎(chǔ)。進入21世紀以來,科學技術(shù)的發(fā)展已難以用日新月異來描述。新工藝、新材料、新的制造技術(shù)催生了新的一代電子元器件,同時也促使電子測量技術(shù)和電公務(wù)員之家子測量儀器產(chǎn)生了新概念和新發(fā)展趨勢。本文擬從現(xiàn)代電子測量技術(shù)發(fā)展的三個明顯特點入手,進而介紹下一代自動測試系統(tǒng)的概念和基本技術(shù),引入合成儀器的概念，面向21世紀的我國電子測量技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向是：測量數(shù)據(jù)采集和處理的自動化、實時化、數(shù)字化；測量數(shù)據(jù)管理的科學化、標準化、規(guī)格化；測量數(shù)據(jù)傳播與應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化、多樣化、社會化。GPS技術(shù)、RS技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)字化測繪技術(shù)以及先進地面測量儀器等將廣泛應(yīng)用于工程測量中，并發(fā)揮其主導作隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，軟件技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測試理論、新的測試方法、新的測試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，產(chǎn)品智能化、數(shù)字化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的功能，性價比，實用性等受到人們的關(guān)注，尤其對電子設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。在許多方面已經(jīng)沖破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的變化。就目前國內(nèi)外的高精度數(shù)字式儀表，硬件電路設(shè)計往往比較復雜，儀器的體積比較大，不僅不便于攜帶，而且銷售價格比較昂貴。例如，傳統(tǒng)的半偏法，電橋平衡法等方法在測試過程中不夠智能化而且體積笨重，價格昂貴，需要外圍環(huán)境優(yōu)越和穩(wěn)定的參數(shù)，測試操作過程中需要調(diào)試很多的環(huán)境參數(shù)，對一般使用的人來說非常不方便，在21世紀，我國基于數(shù)字顯示的儀表雖然已經(jīng)很成熟了，但是價格和易于操作性，便捷性特別是智能方面有待發(fā)展，價格便宜和操作方法簡單易懂、智能化的儀表開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間，本系統(tǒng)正是迎合當今社會的發(fā)展需求，制作出一種價格便宜和操作簡單、具有自動轉(zhuǎn)換量程功能、體積相比小、簡易自動電阻測試儀，充分利用數(shù)字電路和部分模擬電路，基于單片機的控制特點，發(fā)揮集成模塊的作用。本系統(tǒng)使用串行LCD顯示電路和發(fā)光二極管測量類型以及測量單位的顯示電路，利用用模擬電路將待測量轉(zhuǎn)換成5v的工作電壓，再經(jīng)過設(shè)計的電路進行采集并轉(zhuǎn)換成需要用到數(shù)字量，然后送入單片機最小系統(tǒng)運算、處理以及輸出顯示。此外，電路設(shè)計新穎、功能性好、可擴展性強。所以本測試儀使用過程非常方便而且準確度高，顯示清晰，測量誤差保持小。設(shè)計的依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設(shè)計要求：“設(shè)計一臺簡易自動電阻測試儀，具有自動電阻篩選功能，3位數(shù)字（最大顯示數(shù)必須為999），能自動顯示小數(shù)點和單位，測量數(shù)據(jù)大于5次每秒。實現(xiàn)顯示被測電阻的阻值和電阻符和是否篩選要求的多級量程的測量，其量程要求是100、Ik。、10kQ和10MQ。由此設(shè)想出以下的解決方法，即簡易自動電阻測試儀字的系統(tǒng)由、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、鍵盤輸入部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分和電源部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。設(shè)計重點解決的問題本設(shè)計重點要解決的問題是對不同量程的各種測量內(nèi)容的轉(zhuǎn)換和自動電阻篩選，還有各部分如何電路組合成一個完整的簡易電阻測試儀，而難點解決的問題就是程序的設(shè)計，要保正其可行性從而保證設(shè)計的正確性。、總體方案設(shè)計1方案比較（1）主控器的選擇與論證方案一采用單片機SPCE061A單片機SPCE061A作為主控制器，它具有體積小、驅(qū)動能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強、處理速度高等特點，尤其適用于語音處理和識別等領(lǐng)域。但是其軟件設(shè)計相對復雜，故我們放棄此方案。方案二采用STC12C5A60S2作為主控制器利用公司推出的單片機下面分別介紹一下芯片的特點以及選擇該芯片的理由:STC12C5A60S2系列做為核心控制芯片,是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬次/秒）,針對電機控制，強干擾場合,支持在系統(tǒng)可編程（ISP）和在應(yīng)用可編程（IAP）。STC12C5A60S2系列的單片機相比傳統(tǒng)的8051單片機內(nèi)部資源要豐富很多，它內(nèi)部包括60KB的Flash程序存儲器、1280B的SRAM空間、雙串口、共4個16位定時器、外部中斷I/O口7路、獨立波特率發(fā)生器、雙數(shù)據(jù)指針、片內(nèi)自帶看門狗和EEPROM、內(nèi)置復位、通用I/O口P0-P4準雙向口等。指令簡單，易學易懂，外圍電路簡單，硬件設(shè)計方便，10口操作簡單，無方向寄存器，資源豐富，一般設(shè)計足夠用了，價格便宜、容易購買，資料豐富容易查到，程序編寫寫簡單，但其同樣時鐘下運行速度和抗干擾能力軍比普通80518位單片機要高，而且開發(fā)環(huán)境是我們很熟悉的KeilC51，編譯效率高，非常適合C語言開發(fā)人員，因此我們采用該方案。2）顯示電路的選擇與論證方案一選用LED數(shù)碼管顯示LED顯示器價格低廉，發(fā)光強度高，機械性能好，在普通單片機系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，適合顯示數(shù)字或符號，但不能顯示漢字、圖片等復雜元素，并且功耗相對較高LED數(shù)碼管顯示靜態(tài)驅(qū)動（直流驅(qū)動）。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O埠進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位*器*進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O埠多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5x8=40根I/O埠來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O埠才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加*驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復雜性。，雖然，采用低電壓掃描驅(qū)動，耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠，但本設(shè)計要求顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化曲線的輔助裝置,對于本題難于實現(xiàn)。圖2-1LED數(shù)碼管方案二選用LCD顯示用液晶顯示模塊LCD，LCD具有體積小、重量輕、功耗小、顯示內(nèi)容復雜、穩(wěn)定性好、控制驅(qū)動方便、在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，但是傳統(tǒng)的LCD與單片機互聯(lián)接口較多、漢字顯示程序復雜、價格較高，不適合和微小系統(tǒng)的使用，新型的 LCD——MzLHOl-12864，該模塊與單片機接口簡單，采用SPI總線接口，自帶二級漢字庫，編程簡單，特別適合在微小系統(tǒng)中的應(yīng)用。故選用此方案。123456789101112圖2-2MzLHOl-12864的引腳圖(3)電機的選擇與論證方案一采用直流電機的選擇與論證性直流電機的加減速不時間不理想，速度而且不易控制，偏差大，達不到本設(shè)計的要求。方案二采用28BYJ-48步進電機步進電機由于沒有電刷，可靠性較高，電機停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩(當繞組激磁時)每步的精度在都比較高，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性；優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)因而可以采用開環(huán)控制，因此，我們選用該方案。(4)按鍵選擇方案一采用多按鍵矩陣排列式組合鍵盤，減少1/O口的占用，適用于按鍵較多的電路中，按鍵越多越能體現(xiàn)多按鍵矩陣排列式組合的優(yōu)越性越明顯，但數(shù)量少的按鍵則不必要用矩陣式排列組合。方案二獨立式按鍵，結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，因其每個按鍵單獨占用一位1/O口，所以用于按鍵少的電路中。綜上所述，根據(jù)我們設(shè)計的電路，結(jié)合兩種方案中的按鍵的適用場合，我們選擇方案二，選用獨立式按鍵。三、單元模塊設(shè)計1.電源模塊由于高壓交流電會對弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而電池之類的電源又存在維護不方便和電壓電流衰減等的缺點，所以本次設(shè)計采用外部穩(wěn)壓電源供電，這里選用交流穩(wěn)壓電源220V輸入經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換得到5V輸出，該電路，電壓衰減影響比較小，輸出穩(wěn)定，電路如下圖。

2.顯示模塊在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，良好的人機界面是不可缺少的重要組成部分，用戶可通過人機界面獲取系統(tǒng)運行狀態(tài)及一些過程參數(shù)，方便用戶操作。本組設(shè)計采用一款新型的LCD——MzLHOl-12864,MzLHOl-12864功能介紹MzLHOl-12864為一塊128X64點陣的LCD顯示模組，模組自帶兩種字號（12*16和16*16）的二級漢字庫和兩種字號（6*8和8*16）的ASCII碼西文字庫，并且自帶基本繪圖GUI功能，包括畫點、畫直線、矩形、圓形等；采用3.3V電壓供電，模組上為串行SPI總線接口，除電源和背光之外通訊僅需要連接一根從機選擇線（SS）、一根時鐘線（SCK）、一根數(shù)據(jù)線（SDA）以及一根BUSY線即可；接口簡單、操作方便；與各種MCU均可進行方便簡單的接口操作。圖1為MzLH01-12864模組的引腳排列，各引腳的功能如表一所示；對于MzLH01-1286模組的操作，廠家提供了16種控制指令，由于篇幅限制，這里不在詳述，具體參見筆者在這里只是簡要介紹一下該模組的操作時序，該模組采用僅為寫入的非標準SPI總線接口，其操作時序如圖2所示，序號接口引腳名說明13.3VLCD供電2SSSPI從機片選信號線3SDASPI數(shù)據(jù)輸入線4TSNC（保留測試用）5SCKSPI時鐘6RST模塊復位線7BSLCD忙信號線（BUSY線）8NCNC9NCNC10GNDLCD接地11A背光正極輸入12K背光負極輸入表一MzLHOl-12864引腳功能表SS：、 rBusy:r~\ r~\4SCK:LfLf田rSDA:E控制指令；1個byte） （l^bytei 數(shù)抓1-N圖2MzLHOl-1286模組的串行SPI操作時序通過串行SPI接口操作時，首先是要求片選信號線（SS）由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，模組開始接收串行數(shù)據(jù)，所接收的第一個字節(jié)默認為控制指令，模組采樣數(shù)據(jù)是在時鐘信號（SCK）上升沿到來之前采樣。值得一提的是，用戶通過SPI控制時，每操作完一個字節(jié)，都要檢測BUSY信號線是否為高電平，若BUSY線為高電平，此時SCK不能跳變，只有在BUSY線為低電平時，SCK才能操作，否則中斷此次操作。而且在一次完整的控制指令及指令相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸過程中，SS必須保持為低電平，如SS變?yōu)楦唠娖?，則認為是結(jié)束本次操作或中斷本次操作。顯示電路3主程序模塊①STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)qMs-g門已13TLJL益JLMW-HIvccfltmi?13M.lPLJ114州號MJKLfMJFJ.TJ.GHWFJ9MJmTurajm班加予34TAE3杠W1?圖3-1STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對電機控制，強干擾場合。1?增強型8051CPU，1T,單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機）；3?工作頻率范圍：0-35MHz,相當于普通8051的0?420MHz；4?用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；5?片上集成1280字節(jié)RAM；6?通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準雙向口/弱上拉，推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55Ma；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能（STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM）；9.看門狗;10.內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）；11.外部掉電檢測電路在P4.6口有一個低壓門檻比較器，5V單片機為1.32V,誤差為+/-5%,3.3V單片機為1.30V,誤差為+/-3%；12.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器（溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)）1用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機為：11MHz?15.5MHz,3.3V單片機為：8MHz?12MHz,精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準；13.共4個16位定時器兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器；14.2個時鐘輸出口，可由TO的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘；外部中斷I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，PowerDown模式可由外部中斷喚醒，INT0/P32INT1/P33T0/P3.4,T1/P3.5,RxD/P3.0,CCP0/P1.3（也可通過寄存器設(shè)置到P4.2）,CCP1/P1.4（也可通過寄存器設(shè)置到P4.3）；PWM（2路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,2路）：――也可用來當2路D/A使用——也可用來再實現(xiàn)2個定時器――也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷（上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持）；A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路,轉(zhuǎn)換速度可達250K/S（每秒鐘25萬次）18.通用全雙工異步串行口（UART）,由于STC12系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口；19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RxD2/P1.2（可通過寄存器設(shè)置到P4.2）,TxD2/P1.3（可通過寄存器設(shè)置到P4.3）；20.工作溫度范圍：-40-+85°C（工業(yè)級）/0-75°C（商業(yè)級）21.封裝:

PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48I/O口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串卄￡￡卄￡￡圖3-2STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)及顯示鍵盤電路4電阻測試模塊下圖為繼電器組成的量程轉(zhuǎn)換電路，通過單片機對電機控制來實現(xiàn)量程的自動量程轉(zhuǎn)換。其中以電機電路部分作為輔助模塊，驅(qū)動電位器。1主程序流程圖圖電子測量模塊及輔助模塊圖4-11系統(tǒng)總流程圖物理量采集處理流程：被測物理量選擇電阻檔拉量程選擇宿號轉(zhuǎn)換a/i諾片舷轉(zhuǎn)ift宿號1T處理采集悄號ir顯示測■數(shù)據(jù)結(jié)東返回圖4-12物理量采集處理流程：3電阻的