畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機的毫歐表設(shè)計

1、 畢 業(yè) 論 文題目 基于單片機的毫歐表設(shè)計姓 名 學 號系（院）電子系 班 級 p08電氣2班指導教師 職 稱 講師2011 年 4月 18日目 錄摘 要2abstract3第1章 緒論4第2章 方案選擇5 2.1電阻測量方案52.1.1 方案一 比較法測電阻52.1.2 方案二 替代法測電阻52.1.3 方案三 直流電橋測電阻62.1.4 方案四 伏安法測電阻6 2.2 壓控恒流源方案62.2.1 方案一62.2.2 方案二6 2.2.3 方案三6第3章 模塊設(shè)計7 3.1 數(shù)控恒流源7 3.2 電壓放大模塊設(shè)計8 3.3 ad轉(zhuǎn)換與單片機處理9 3.4 da轉(zhuǎn)換9 3.5 按鍵的輸入及數(shù)

2、碼管的顯示輸出9第4章 軟件設(shè)計10 4.1 主程序流程圖10第5章 系統(tǒng)功能，指標參數(shù)11 5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能11 5.2 測量電阻方法11 5.3 實際測試結(jié)果11 5.4 對測理結(jié)果的分析13結(jié)束語14參考文獻15致 謝16摘 要基于at89s52單片機的毫歐表設(shè)計是采用伏安法測量電阻。采用tlc5615數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和lm358運算放大器及三極管tip41構(gòu)成的壓控恒流源提拱恒定的電流。測量電阻時可選擇的電流分別為1ma，10ma，100ma。測量電阻的量程分別為40.00、4000m、400.0m。測量的電壓信號通過lm358運算放器放大100倍后經(jīng)過tlc1549模數(shù)芯片傳入單片

3、機進行計算處理并在數(shù)碼管上輸出電阻值。關(guān)鍵字：毫歐表壓控恒流源 abstractbased on the baekho europe at89s52 scm by voltammetry table design is measuring the resistance. using tlc5615 analog-to-digital conversion chips and lm358 operational amplifiers and transistor consists of tip41 voltage controlled constant-current source mentio

4、n arch constant current. when the resistance measurement can select 1ma 10ma respectively, current, 100ma. resistance measurement range , respectively, 4000m 40.00 per day 400.0 m. measuring voltage signal through lm358 operation is magnified 100 times put tlc1549 modulus chip after calculated proce

5、ssing and introduced into scm in digital tube output resistance! key word: baekho uefa table press control constant current source 第1章 緒論采用伏安法測電阻，通以恒定的電流，測量電阻上的電壓。因為uri 由于電阻為毫歐，如果電流為毫安的話，則所得的電壓值很小，難以通過adc識別出來?？梢圆捎么箅娏鞯姆椒ê桶央妷盒盘柗糯蟮姆椒▉硎筧dc芯片識別出來并由通過單片機計算得出電阻值。采用大電流的話，由于很多小電阻無法承受較大的電流，通過電阻的電流較大時，產(chǎn)生的熱量也多，

6、會帶來較大的誤差。所以采用把電壓信號放大的方法，把微小的電壓信號放大后經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換，把信號送入單片機，然后由單片機計算并顯示出電阻值。測量范圍測量電流最大輸出電壓電壓放大100倍40.001ma40mv4v4000m10 ma40mv4v400.0m100 ma40mv4v上圖為測試電阻的范圍及測量時的電流：第2章 方案選擇2.1電阻測量方案2.1.1 方案一 比較法測電阻 在乙圖中,k1閉合，k2斷開測得u1;k1斷開，k2閉合測得u2，使用條件：在乙圖中應(yīng)保證ab間電壓恒定。上圖中的比較法測量電阻值的阻值非常小時，電阻r0難以選取。并且要用電壓表測量兩處電阻的電壓。其中的導體接觸間的電阻也

7、會對測量結(jié)果造成一定的誤差，并且對電壓表的要求高。沒有采用此方案。2.1.2 方案二 替代法測電阻步驟： k1打開，k2接1，調(diào)節(jié)r1為最大，電阻箱r0為最大。 閉合k1。調(diào)節(jié)r1使、指針指在2/3處，讀數(shù)。 k2接2，保持r1不動，調(diào)節(jié)r-0，使、讀數(shù)不變。 rx=電阻箱讀數(shù)。條件：被測量的部份電路電流或電壓不變。上圖但不適合于測量小電阻。因為電阻箱的阻值一般都較大。測量的電阻精度低。2.1.3 方案三 直流電橋測電阻直流電橋又分直流單電橋和直流雙電橋。采用上面的兩種方法時要用很多操作需要手動操作，并且對元件選取要求高，是通過數(shù)字電位器來改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以達到數(shù)控的目的，但數(shù)字電位

8、器的每一級步進電阻比較大，調(diào)節(jié)困難，需要采用數(shù)控電阻，用單片機處理計算雜復并且測量時操作不方便。2.1.4 方案四 伏安法測電阻 采用伏安法測量電阻時，恒流源電路產(chǎn)生恒定的電流源通過被測電阻rx,只需要測量出rx上的電壓大小，然后用rxu / i 即可算出電阻的阻值大小。方便單片機進行處理。實際操作起來相對也比較簡單。方案四,操作簡單，計算方便。精度比方案一和方案二高，但操作和計算比方安三更簡單和方案。所以采用方案四伏安法測電阻。2.2 壓控恒流源方案2.2.1 方案一 iu/（r1+r2）,若r1r2，則電流i約為iu/r1； 可以采用一個恒定的電壓，然后除以一個大電阻，測試時由時所測的電阻

9、很小，基本上可以看作電流是恒定的。但這種方案測量的電阻阻值越大，電流變化較大，電流精度不高。2.2.2 方案二 采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比較高，但這種電路能實現(xiàn)的恒流范圍很小，只能達到十幾毫安，不能達到題目的要求。2.2.3 方案三壓控恒流源，通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機送出數(shù)字量，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號，再送到運算放大器和大功率三極管進行放大輸出電流。該方案通過軟件方法實現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。原理圖如下面的數(shù)控恒流源中的原理圖。第3章 模塊設(shè)計3.1 數(shù)控恒流源數(shù)控恒流源

10、為電阻測量提供恒定的電流。單片機由測量所需的電流而控制輸出恒定電流的大小。實際電路中采用的三極管為tip41，三極管本身在這里不具備控制電流大小的作用，但是起到驅(qū)動和擴流的作用。前面是一個電壓跟隨，后面一個負反饋。r9上的電壓為輸入的電壓vin。理論計算i1=vr1/r1=(vi-v+)/r1；i2=vr2/r2=(v+-va)/r2；因為i+=0,得i1 =i2 所以va=(v+-vi)r2/r1+v+；i3=vr3/r3=v-/r1；i4=vr4/r4=(vo-v-)/r4；因為i-=0,得i3 = i4 所以vo=v- (r3/r4+1)；從而可得r5上電壓為ur5vo - va =（r

11、4/r3）v- - （r2/r1）v+ +(v-v+）+ （r2/r1）vi ，若r2=r1,r3=r4,且 v-v+ 則ur5vi（輸入電壓）假設(shè)i5=il 可得 va/rlvi/r5 ，由上式的va=(v+-v-)r2/r1+v+；及r2=r1；可得 （v+ - v-）/rlvi / r5 即（v+/v-）-1 rl/ r5；當v+vi 和rlr5, r3+r4rl,時可滿足rl上電流恒定。3.2 電壓放大模塊設(shè)計需要把測量到的直流電壓信號放大100倍后，即可傳給ad芯片再由單片機處量。原理圖如下 通過調(diào)節(jié)r2與r1的比值即可以改變電壓放大倍數(shù)。上圖為lm358的pdf里提供的電路原理圖，

12、實際電路中采用的電阻r21m，r1由3296電位器構(gòu)成，阻值調(diào)成10k。 上圖是采用的單個運算放大一百倍。也可以采用兩個運算，每個放大十倍。實際電路制作過程中，上面兩種方法都進行測試，發(fā)現(xiàn)采用單個運算放大一百倍效果相對要好。所以實際電路中是采用的單個運算放大100倍的方法。3.3 ad轉(zhuǎn)換與單片機處理電阻測量所取得的電壓信號放大100倍后，通過ad-in傳入adc轉(zhuǎn)換芯片。再由單片機計算，用所得的電壓除以測量時恒定的電流可得電阻的阻值大小，但此時的電阻阻值還不是實際所測得的電阻阻值，因為電壓是放大一百倍后所得的。所以結(jié)果應(yīng)縮小100倍即可得到真實的電阻阻值大小。3.4 da轉(zhuǎn)換由單片機控制da

13、c5615芯片分別產(chǎn)生40mv、400mv、4000mv的電壓即可獲得需要測量的電流分別為1ma (40mv/40)、10ma (400mv/40)、100ma (4000mv/40)。實際電路中只需要選擇好相應(yīng)的電阻測量范圍即可。不需要手機選擇測試電流，電流將由單片機控制電壓控制電流源電路輸出所需要的電流。3.5 按鍵的輸入及數(shù)碼管的顯示輸出采用了串行接口8位led數(shù)碼管及64鍵鍵盤智能控制芯片hd7279芯片來處理按鍵的輸入及位數(shù)碼管的輸出顯示。本電路只采用了44的按鍵及位數(shù)碼管顯示輸出。第4章 軟件設(shè)計4.1 主程序流程圖第5章 系統(tǒng)功能，指標參數(shù)5.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 （1） 電阻的測

14、量，測量電阻范量為0.1m40。(理論值可達到0.1m) （2） 產(chǎn)生方波，正弦波，方波，鋸齒波。 （3） 時鐘的顯示功能。并可調(diào)整時間。 （4） 測量0-4v間的直流電壓值。 （5） 壓控恒流源 輸入0-4v的電壓，產(chǎn)生恒定的電流為0-100ma。5.2 測量電阻方法 用小鱷魚夾接好電阻，選估計被測電阻的范圍，再按下按鍵來選擇測試的電流。其中，在100ma電流(按鍵3)中設(shè)了自動調(diào)零技術(shù)?？梢赃x用把測試導線直接短接后，選按下數(shù)字鍵，再按一下自動調(diào)零按鍵（數(shù)字0）即可。測量出的電阻顯示的是，測量值減去導線間的電阻值。注意：1,必須在測試之前,確定被測電阻可以安全流過最大測試電流!尤其在使用 0

15、.4 （100ma）檔時! 2,調(diào)零時，先把兩根測試導線短接。按下要用的量程鍵（數(shù)字鍵3）之后，再按下調(diào)零鍵（數(shù)字鍵0）。此時，數(shù)碼管會顯示出當前導線間的電阻值一秒鐘并保存。再按下量程鍵（數(shù)字鍵3）即可進行測量。5.3 實際測試結(jié)果 被測電阻全部為四色壞的碳膜電阻。0.24、2、2.2、3.9 由于測試時電阻有限，所以下面測試中部分電阻阻值是采用以上電阻串聯(lián)或并聯(lián)起來作為一個被測電阻。三個量程測試的數(shù)據(jù)分別如下： 1ma電流的量程，測得電阻阻值如下表量程電阻標稱值測量電阻值絕對誤差相對誤差 %1ma 4010.990.011.00 1ma 4022.110.115.50 1ma 402.22.

16、060.146.36 1ma 403.93.880.020.51 1ma 4044.040.041.00 1ma 4066.280.284.67 1ma 4088.450.455.62 1ma 401010.560.565.60 1ma 401212.880.887.33 1ma 401413.940.060.43 1ma 401616.340.342.13 1ma 401818.820.824.56 1ma 402020.740.743.70 1ma 402222.780.783.55 平均3.71 10ma電流的量程，測得電阻阻值如下表量程電阻標稱值測量電阻值絕對誤差相對誤差 %10ma

17、40.120.1200.00 10ma 40.240.2400.00 10ma 40.480.5080.0285.83 10ma 40.720.7680.0486.67 10ma 411.0240.0242.40 10ma 422.0520.0522.60 10ma 42.22.2160.0160.73 10ma 43.93.9280.0280.72 10ma 444.0480.0481.20 平均2.24 100ma電流的量程，測得電阻阻值如下表量程電阻標稱值m測量電阻值m絕對誤差相對誤差 %100ma 0.46061.41.42.33 100ma 0.48083.53.54.38 100m

18、a 0.4120125.45.44.50 100ma 0.4240255.815.86.58 平均4.45 5.4 對測理結(jié)果的分析 1 在采用1ma電流測試時，當被測電阻小于2時，所得的測試結(jié)果平均比電阻標稱值要小0.23。當被測的電阻大于14歐時，所得的測試結(jié)果平均比電阻標稱值要大1.38。在編程中對上面問題進行了軟件修正。 2 分析原因，當測量電流為1ma，電阻小于2歐時，產(chǎn)生的電壓也小于2mv。由于lm358器件原因，而使得輸出結(jié)果小0.23。被測電阻大于14歐時，所得結(jié)果偏大的原因，估計由時測試時的14,16,18,20,22的電阻都是由一單獨阻值為2的碳膜電阻串聯(lián)而成的。在兩電阻間

19、的接觸處沒有用電烙鐵等工具焊接起來，而且直接用把電阻引腳綁定在一起。每個電阻連結(jié)處的電阻給測量結(jié)果帶來的較大的偏差。 3 測試結(jié)果表明,所測得的電阻在一定程度上與電阻本身標稱值相同,當工作電流太小，或在比較大的電流范圍時誤差有所增加。引起這些誤差的因素是多方面的，主要由測量儀器的系統(tǒng)誤差以及電阻采用的是四環(huán)的碳膜電阻受溫度影響較大，電流源工作在大電流時受溫度影響所致。 4 本系統(tǒng)如果采如精度更高，溫度特性更好的電阻和導線，可提高測量的精度。結(jié)束語在制作毫歐表的過程中，我深切的體會到電路理論與實際相結(jié)合的重要。以及用電腦軟件仿真與電路理論及電路實際的不同。自己制作過程是先實際再理論最后再實際的過

20、程。自己最初制作的毫歐表是采用的是穩(wěn)定的電壓除以大電阻的恒流源方案。測量的結(jié)果不是很穩(wěn)定。而且每次換量程時還需要手動改變電流，操作繁瑣。后面打算單片機通過控制繼電器來改變電流開關(guān)。需要占用較多的單片機資源。而且成本增加。后面發(fā)現(xiàn)了壓控恒流源方案來恒定電流，接著花了很長時間查資料學習及實驗采用的壓控恒流源的方法來提拱恒定的電流。在整個制作過程中，主要是離不開上學期電子培訓課上老師所教的知識及提供的條件，讓自己學到了更多的知識。其次是網(wǎng)上電子愛好者及電子類的論壇給了自己很大的幫助，在整個制作過程中所遇到的問題大部分是通過網(wǎng)絡(luò)上雖互不認識但都愛好電子的電子愛好者給予的解答。用途：測量直流類m數(shù)十 的

21、小電阻,主要用于電動機,揚聲器,繼電器等線圈的直流電阻,由于它們的直流電阻數(shù)值不大,普通萬用表實際很難測量到準確讀數(shù).使用毫歐表可以解決大部分這種測量.參考文獻 1 賽奎春.jsp信息系統(tǒng)開發(fā)實例精選.北京：機械工業(yè)出版社，20052 閆靜等.dreamweaver與jsp動態(tài)網(wǎng)頁基礎(chǔ)與范例.北京：機械工業(yè)出版社，20043（美）喬伊.面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計. 北京：清華大學出版社，20054 李勁.sql server2000數(shù)據(jù)庫設(shè)計與系統(tǒng)管理. 北京：清華大學出版社，20015 呂少華.web數(shù)據(jù)庫開發(fā)與應(yīng)用. 北京：科學出版社，20016 石志國.jsp 動態(tài)網(wǎng)站編程. 北京：清華大學出版社，20017 張峰嶺.數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的需求分析研究. 北京：計算機工程與應(yīng)用，20028 張巍.jsp+sql server網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與實例. 北京：人民郵電出版社，20049 趙松濤.sql server 2000應(yīng)用及實例集錦. 北京：人民郵電出版社，200210 李華斌.active server pages實用教程. 北京：中國水力水電出版社，200011 譚浩