版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
1、畢業(yè)設計論文 表面電阻測量儀的設計Design of Surface Resistance Measuring Instrument陳文超吉林建筑大學城建學院2016年6月畢業(yè)設計論文表面電阻測量儀的設計Design of Surface Resistance Measuring Instrument學 生: 陳文超指 導 教 師: 衣文索(教授)專 業(yè): 電氣工程及其自動化學 號: 1209000224所 在 單 位: 電氣信息工程系答 辯 日 期: 2016年6月畢業(yè)設計(論文)原創(chuàng)承諾書1本人承諾:所呈交的畢業(yè)設計(論文)表面電阻測量儀的設計,是認真學習理解學校的電氣信息工程系畢業(yè)設計寫
2、作規(guī)范后,在教師的指導下,保質保量獨立地完成了任務書中規(guī)定的內(nèi)容,不弄虛作假,不抄襲別人的工作內(nèi)容。2本人在畢業(yè)設計(論文)中引用他人的觀點和研究成果,均在文中加以注釋或以參考文獻形式列出,對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體均已在文中注明。3在畢業(yè)設計(論文)中對侵犯任何方面知識產(chǎn)權的行為,由本人承擔相應的法律責任。4本人完全了解學校關于保存、使用畢業(yè)設計(論文)的規(guī)定,即:按照學校要求提交論文和相關材料的印刷本和電子版本;同意學校保留畢業(yè)設計(論文)的復印件和電子版本,允許被查閱和借閱;學??梢圆捎糜坝 ⒖s印或其他復制手段保存畢業(yè)設計(論文),可以公布其中的全部或部分內(nèi)容。以上承諾的法
3、律結果將完全由本人承擔! 作 者 簽 名: 年 月 日目 錄摘要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 表面電阻測量儀的國內(nèi)外發(fā)展概況31.2.1 國外的發(fā)展現(xiàn)狀31.2.2 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀31.3 表面電阻測量儀的關鍵技術4第2章 總體方案62.1 重點研究內(nèi)容與實現(xiàn)方法62.1.1 電壓信號采集模塊72.1.2 檔位選擇模塊 72.1.3 顯示模塊82.2電阻測量儀的設計原理框圖8第3章 表面電阻測量儀系統(tǒng)硬件103.1 主控模塊的設計103.2 數(shù)據(jù)轉換電路113.2.1 Rx/V轉換電路113.2.2 數(shù)據(jù)采集部分133.3.3 數(shù)據(jù)處理部分
4、143.3.4 數(shù)據(jù)采集與處理部分的工作原理163.3.5 數(shù)據(jù)顯示部分18第4章 控制軟件的設計194.1主程序的設計194.2 子程序的設計204.2.1讀取A/D采樣值子程序的設計204.2.2 多次讀取A/D采樣值子程序的設計 214.2.3 鍵盤設置子程序的設計224.2.4 檔位選擇、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)顯示子程序的設計23結論25致謝26參考文獻27摘 要通過一段時間的研究和學習,設計出一款簡易的電阻測量儀。被測電阻本身就有轉換電路特質,利用運放的自身特點和電隔離技術,經(jīng)過雙限比較器,轉換成模擬電壓后通過A/D轉換器轉換成數(shù)字信號,再經(jīng)軟件編程使其變成電阻數(shù)據(jù),通過LED動態(tài)
5、顯示。設計包括硬件設計和軟件設計。硬件設計主要包括單片機控制系統(tǒng)、一個參考電壓產(chǎn)生電路、16位A/D轉換器,轉換電路,液晶顯示模塊,鍵盤,電源模塊,包括硬件設計是單片機控制系統(tǒng),選擇適當?shù)腁/D轉換器,一個參考電壓產(chǎn)生電路和開關電路,設計困難是選擇高功率,高精密基準電壓源和電阻測量方案。軟件設計主要是編寫程序。需要完成系統(tǒng)的初始化、選擇的齒輪電阻、電阻測量、顯示、鍵盤程序等,電阻測量是設計難點和鍵盤的程序設計。同時該簡易機可以自動量程轉換,并能夠準確地顯示量程。關鍵詞:單片機;電阻;測量儀IABSTRACTThrough a period of research and study, the
6、design of a simple resistance measuring instrument. Resistance to be measured is itself a conversion circuit characteristics, using the op amp's own characteristics and electrical isolation technology, after the double limit comparator, converted into analog voltage through A/D converter convert
7、s the digital signal, through software programming into the resistance data, through the LED dynamic display. Design includes hardware design and software design. Hardware design mainly includes the MCU control system, a reference voltage generated circuit, 16 bit A/D converter, conversion circuit,
8、liquid crystal display module, keyboard, power supply module, including hardware design is MCU control system, select the appropriate A/D converter, a reference voltage generating circuit and a switch circuit, the design difficulty is selected high power and high precision reference voltage source a
9、nd resistance measurement scheme. Software design is mainly to write programs. Need to complete the initialization of the system, the selection of the gear resistance, resistance measurementdisplay, keyboard, etc., resistance measurement is the design difficulties and keyboard program design. At the
10、 same time, the simple machine can be automatic range conversion, and can accurately display the measuring range.Keywords: Single chip microcomputer; Resistance; Measuring instrumentII吉林建筑大學城建學院電氣信息工程系畢業(yè)設計(論文)第1章 緒論1.1 課題研究的背景和意義 在有關電力方面測量儀器在加工過程中,表面的大小決定了工件的性能,主要的影響取決于工件是否耐磨,配合的性能是否穩(wěn)定,疲勞的強度,抗外界環(huán)境的影
11、響以及氧化性,密封性,導熱性以及接觸剛度等。表面的粗糙程度是用來衡量機器和機械零件質量的重要指標之一,同時也是機械零件生產(chǎn),加工和騎收過程中一項重要的質量指標。研究目的:依據(jù)EOS / ESD ASTM和UL檢測,表面電阻測量儀(acl - 800 MB)是評價導電類型、防靜電型和靜電放電類型的表面阻力的。它使用非常容易,檢測的質量高,可靠性也高,而且也可以測量相對濕度,并且有檢測溫度影響電氣性能功能。通過檢測到的數(shù)值來估計結果,目的是在實際操作或應用的過程中更加地安全有效。如圖1-1所示:被試品接線構成圖。 圖1-1被試品接線圖通過樣機的測試,充分地發(fā)揮表面電阻測量儀的作用,從而可以做到對測
12、量儀更加深入的了解,通過現(xiàn)實出來的數(shù)據(jù),來得出科學的結論,從而將理論應用到實踐中。研究高精度的數(shù)字表面電阻測量儀,對于低阻和高阻兩個不同的階段進行測量,讓等待測量的電阻值不隨著電壓和電流的變化而變化,從而確保電阻值測量的準確性和具體化,從而利用高精度的數(shù)值,經(jīng)過準確的運算,得出具有實際運用價值的判斷和結果。其目的就是通過樣機的測試和精確的評估,來判斷表面電阻測量儀的精準度。如表1-1所示:表1-1 表面電阻測量儀誤差測試結果研究意義:表面電流測量儀(防靜電測試儀)是一種可以容易攜帶表面上的電流表檢測儀器,廣泛應用于在微電子、航天、醫(yī)療、精密儀器等許多領域。檢測的精度高,上手容易,簡單方便,是一
13、種評價表面電流阻塞率的最好辦法。測量被測表面,按一下紅色按鈕,顯示燈亮的范圍103-1012機器,一個LED燈將點亮根據(jù)試驗數(shù)。通過對表面電流儀器測量儀的深入研究,可以增強該儀器在各個領域的用途,為人們的日常生活帶來福音,讓先進的科學技術應用得更加廣泛。1.2 表面電阻測量儀的國內(nèi)外發(fā)展概況現(xiàn)在,我們應該肯定的是Printed Circuit Board產(chǎn)業(yè)是當今最有前途的產(chǎn)業(yè)之一,我們所說的Printed Circuit Board也就是我日常所見到的熟悉印刷電板。從它出來到現(xiàn)在,它已走過了60年了,在電子線路,飛行,原子能,交通,計算機通信,電話等各個領域之中,都有舉足輕重的力量.所以,我
14、們很需要PCB,沒有它,這一切都不可能實現(xiàn)。而且小小的一塊能夠正常投入使用的PCB板往往需要通過大量的測試,評測,維護和修理,因為PCB板上到處都是電阻和電容,例如我們有的時候想確定的那個參事,是不是想要,那就必須的大量的評測來確定它的電阻,但是在PCB板,那個電阻已經(jīng)烙在上面,評測時電阻不是能夠獨自存在的,并聯(lián)上很多電阻網(wǎng)絡,以防止其他的串聯(lián)并聯(lián)支路的影響,按照現(xiàn)在的方法我們應該焊開電阻的一個支點,然后再對其進行評測量,這么做雖然能夠能理解,但是很麻煩,損傷線路板和元器件,效率低。為此我們現(xiàn)在迫切需要在電阻不焊開的前提使用一種更為簡捷的方法來解決這個難題達到測量其電阻值的目的。1.2.1 國
15、外的發(fā)展現(xiàn)狀在20世紀30年代一位外國教授通過記錄儀器表面得到了測量結果,從那個時候人們就開始對表面質量檢測技術的研究。美國本迪克斯公司的艾伯特在1936第一次研討會上提出當前塊的儀器,它是用來測量微量進廠生產(chǎn)的儀器的表面儀器。用雅培曲線來表示表面粗糙度,對深度和支撐面積比之間的關系距離峰值曲線的測量。英國公司在1940年研究成功了一項影響世界發(fā)明,它叫做表面電流阻礙測量的儀器Talysur。在此之后,許多國家也把研究制造表面電流阻礙測量的儀器作為研究對象,表面特征測量進入了一個新紀元,它以快速發(fā)展的趨勢取得了主導測量領域世界的地位。1.2.2 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀有目共睹,在早期測量表面粗糙度時,
16、表面粗糙度和部分的功能是密切相關的。一開始的時候就靠人的觸摸和觀看預計,但是操作的工藝水平有限,太過于落后,所以才要找一些對比,把測試試件與標準塊進行比照,隨著人類的迅速發(fā)展,新的對比方法出現(xiàn)了,使用顯微鏡。由于顯微鏡的出現(xiàn),這使檢測的準確度增加了一個層次,但是顯微技術還沒有那么成熟,所以在表面粗糙方法僅對簡單的定性綜合評價。跟著我國經(jīng)濟的一直發(fā)展,國家也注重表面電阻測量儀項目有關的行業(yè)發(fā)展了。為了組織的建設項目的表面電阻測量儀,需要深入調查研究在早期階段。同時國內(nèi)的一些學者也對表面電阻測量儀的校對方法進行了研究。例如表面電阻測試儀采用的是1%超薄膜電阻和高速放大電路,其校準步驟是基于該產(chǎn)品的
17、線性電路技術而進行的。阻抗值的轉換點為1/2級對數(shù),轉換點的線性值為每測量檔的中值(mean value perunit)的±10%。電阻箱的電阻需要有1×103 到999×106m或109,測量大于109阻值時采用cad技術。因為采用9 v電壓驅動很難驗證阻抗值大于999×106的電阻。將電阻箱的兩個電極連接到acl385的兩個平行電極上,將電阻調到1 k位置,表的103發(fā)光二極管(led)應亮,其他檔的校準依此類推,測量阻抗轉換點時,按下開關的同時連續(xù)調節(jié)阻抗電橋的阻抗值,并觀察下一檔led燈常亮時的阻抗值(這時的值為轉換阻抗值)。1.3 表面電阻測
18、量儀的關鍵技術 硬件設計主要囊括單片機控制系統(tǒng),參考電壓產(chǎn)生電路、16位ADC,量程轉換電路、液晶顯示模塊、鍵盤和電源模塊的硬件設計等,最為關鍵的是單片機控制系統(tǒng),要選擇合適的AD轉換器限度、基準電壓電路、開關電路、有難度的設計、高精度基準電壓源和電阻的測量方法。軟件設計主要思路是編寫程序。還需要完成系統(tǒng)初始化、設備選擇、測量電阻,顯示電阻值、編輯鍵盤程序等等。其中最為困難的是設計電阻測量算法以及鍵盤程序。而最關鍵的還包括表面電阻測量儀的工作原理。其中溫度和濕度的測量是最為簡單的,但是電阻的測量容易受到外界因素的影響。鑒于溫度和濕度都會會影響電阻的電學特性。在溫度和濕度都較低的情形下,電阻值會
19、明顯增大,致使靜電泄放速度變化緩慢,隨著時間增加,在高濕度的條件下,物體表面會凝結或吸附一層薄膜。這種吸濕性的存在增強了材料的導電性能,對于能吸收水汽的材料尤其如此。隨著溫度的升高,會促進自由電子流動,因此,為了增強材料的導電性能,我們對其進行了摻雜;例如:某些金屬材料、含碳物質或其他導電材料。當溫度較低時,材料內(nèi)部有作用力產(chǎn)生,導致導電添加物之間距離增加,從而電阻隨之增大。因此,我們必須要充分了解濕度和溫度的影響。在高濕度的條件下測試某種材料時,或許所有的測量標準都能達標,但當用戶購買了該材料后,卻在較低甚至更低的濕度或溫度條件下使用時,所測得的各項數(shù)據(jù)就會有很大的偏差,會由此造成了浪費。所
20、以在制訂的標準中要求嚴格表明溫度或濕度的限制范圍。下圖為電導率走勢圖:圖1-2 電導率走勢圖此次研究的課題主要針對在線測量技術(又名等電位隔離技術),這是一項新型電子測試技術。在不破壞樣品完整性的前提下,就能使用印刷電子設備完成電學特性參數(shù)精確測量,這就是他的優(yōu)勢所在。集成運算放大器和電阻/電壓轉換器是在線電阻測量電路的基本組成部分。它的優(yōu)點是組件簡單和少數(shù)量的設備,容易去集成。單片機擁有數(shù)據(jù)采集、自動轉換、數(shù)據(jù)處理、圖表顯示等主要功能。電阻在線測量裝置的優(yōu)點是電路簡單、測量精度高、容易操作、電路直接顯示性能變化等,可以在線測量電容和電感轉換。此次設計的內(nèi)容在未來電子應用領域擁有很廣泛的應用,
21、對測量領域起到很好的幫助。第2章 總體方案電阻評測的方案是多種多樣的,數(shù)據(jù)的準確性和系統(tǒng)程序設計等都會影響電阻評測方案的設計,具體的方案方法:通過使用分壓的方法測量分壓的值。方案的電路是穩(wěn)定的,有小的影響,測量精度高,測量范圍寬。另一方面,它很容易使儀器自動化、設計應用分壓測量原理,用A/D轉換器采取樣本,采取的樣本數(shù)據(jù)是用單片機處理來實現(xiàn)電阻測量,結果是由液晶顯示,也顯示篩選結果表明,"”表示被測的電阻偏大,"ok”表示被測電阻滿足篩選需求,"”表示被測電阻偏小。2.1 重點研究內(nèi)容與實現(xiàn)方法本設計包括軟、硬件設計。硬件設計主要包括單片機控制系統(tǒng)、一個參考電壓產(chǎn)
22、生電路、16位A/D轉換器,轉換電路,液晶顯示模塊,鍵盤,電源模塊,包括硬件設計是單片機控制系統(tǒng),選擇適當?shù)腁/D轉換器,一個參考電壓產(chǎn)生電路和開關電路,設計困難是選擇高功率,高精密基準電壓源和電阻測量方案。軟件設計主要在于程序的編寫。電阻測量以及鍵盤的程序設計是工作的難點所在。下面對表面電阻測量儀出現(xiàn)故障進行簡單地分析并,如表格2-1: 表2-1 電阻測量儀故障的簡單分析2.1.1 電壓信號采集模塊設計方案如下:設置參考電壓源電路,當測試測量電阻,導致電壓對應的值,然后使用A/D轉換器LTC1864模塊完成A/D轉換、數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機和數(shù)字處理的軟件。測試值顯示在液晶顯示屏上,該方法能滿足各
23、種性能指標的系統(tǒng)需求。2.1.2 檔位選擇模塊 解決方案:此輪是用來控制繼電器開關的,它是由電動來控制的裝置。繼電器主要有兩個系統(tǒng)構成,一個是控制系統(tǒng)(也稱輸入電路),另一個是被控制系統(tǒng)(輸出系統(tǒng)),它們之間會互相作用。通過四個繼電器控制不同的電阻來做實驗裝置,它主要的優(yōu)點是接觸的電阻較小,m級別,這樣可以瞞足小電阻測量精度的要求。2.1.3 顯示模塊解決方案:液晶屏顯示具有信息大,清晰,穩(wěn)定,美觀,視覺舒適等特點,可以用于顯示圖形和字符,能夠充分滿足系統(tǒng)要求。1.主控模塊:選用STC12C60S22.電阻測量方案:電阻測量采用分壓測量法。3.信號采集模塊:信號采集電路是A/D模數(shù)轉
24、換LTC1864。4.檔位選擇模塊:檔位開關控制選用繼電器。5.顯示模塊:1206液晶屏6.電源模塊:采用線性直流穩(wěn)壓電源。2.2電阻測量儀的設計原理框圖表面電阻測量儀的設計原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 表面電阻測量儀的設計的原理框圖如上面所示設計的原則可以概括為:用電可通過模式選擇開關系統(tǒng),在測量模型或篩選系統(tǒng)在測量模式時,測電阻測試時,通過部分壓力開關電路和繼電器電路產(chǎn)生相應的電壓值,然后利用模數(shù)轉換模塊完成模數(shù)轉換然后,將所得數(shù)據(jù)傳送到單片機,通過軟件對數(shù)據(jù)進行相關處理得到測量值,最后將測量值顯示在液晶屏上。如果電阻值超出儀表范圍,將啟動報警電路;系統(tǒng)是在選擇模式時,首先通過鍵盤輸入
25、選擇和濾波誤差,然后測電阻測試,液晶屏顯示電阻值和濾波誤差,當測量電阻較大時,液晶顯示"”,當測量電阻符合要求時,液晶顯示"ok”,當測量電阻小,液晶顯示"”。第3章 表面電阻測量儀系統(tǒng)硬件3.1 主控模塊的設計單串行A/D轉換器LTC1864是凌力爾特推出的16位串行模數(shù)轉換芯片,工作電源為單5V可在在-40 - +125的溫度范圍內(nèi)正常運行,最大工作電流及最大采樣率分別為為850µA和250ksps,但是隨著采樣速率的降低供電電流會減小。LTC1864與單片機的接口電路見圖3-1所示。6圖3-1 LTC1864與單片機接口電路為了使電阻測量儀能夠更加
26、精確地測量電阻并能在數(shù)碼管上很好的顯示出電阻值,而且考慮到低成本高實用性,我們首次決定生產(chǎn)計劃。設計分為五個重要部分完成,分別是Rx/V轉換電路,轉換和顯示范圍,A/D轉換器、單片機控制部分、LED顯示屏的部分。在線電阻測量儀,RX / V轉換器的關鍵所在,RX在線電阻,即RX / V轉換器可以實現(xiàn)“轉換成電壓電氣隔離”功能,性能設計等功能。這部分電路采用反相輸入比例運算電路,采用集成運算放大器的“虛短”和“虛斷”原理,巧妙地實現(xiàn)“電隔離效應”。單片機控制部分是解決方案的一個重要組成部分,問題涉及到一系列的自動轉換,單片機的應用可以根據(jù)測量電阻自動切換范圍,便于操作。在自動轉換問題的范圍,我們
27、采用CD4051。其次是A/D轉換器,它可以是一個連續(xù)的模擬信號轉換成二進制數(shù),在這里我采用ADC0809。最后是顯示功能的電路,顯示電路采用陽極數(shù)碼管,用于轉換顯示器的值。3.2 數(shù)據(jù)轉換電路設計要求電阻測量電路中,必須通過一個開關電路,并完成電阻信號轉換成電壓信號,最后通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)轉換電路分三部分:Rx/V轉換器,量程轉換電路,量程顯示電路。3.2.1 Rx/V轉換電路在線電阻測量儀是RX/V轉換電路的關鍵技術,網(wǎng)絡電阻RX。無論電路如何復雜,它總能夠與RX元相當于兩系列電阻R1和R2的相互平行,并等效成一個三角形電阻網(wǎng)絡,如圖3-2所示。是R1和R2的電氣隔離轉換,
28、以達到消除R1、R2和RX的目的。將接收到的輸入信號轉換為模擬電壓信號,最后通過A/D轉換器,從而轉換為相應的數(shù)字信號。圖3-2 等效電阻方案如下:如圖3-3所示,R0是電阻范圍,也就是說,我們需要使用CD4051連接進而參考阻力。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn),運算放大器的反相輸入比例運算電路,反饋電壓負反饋,平行的開環(huán)差模增益非常高,滿足深度負反饋條件下,集成運算放大器的線性區(qū)域,所以運算放大器放,虛擬電路。由于C點接地,所以D點是虛擬的,那么R1兩端相同的潛力,所以UR1 = 0,R1相當于開路。根據(jù)深度負反饋電壓,輸出電阻是0,和負載電阻R2沒有對輸出電壓的影響。R1和R2不轉移,所以你可以直接測
29、量Rx的阻力。為測試電壓,s為測試電流。設流過Rx ,R1的電流分別為Ix,I1。根據(jù)基爾霍夫定律和流入反相輸入端的電流為0,可知:sx1 (3-1)又根據(jù)“虛地”原理,cd=1 R1=0,故10,亦可忽略不計,由此得到:sx (3-2)再考慮到C點是接地,D點是虛地的情況,因此:sR0 (3-3)進而推導出:x=x Rx=s Rx=(E/ R0) Rx (3-4)顯然,只要想要求出Rx值,只需要用數(shù)字電壓表測出Rx兩端的壓降x,就能達到目的。這就是測量電阻的基本原理。圖3-3 Rx/V轉換電路從上面電路看出,如果Rx直接接地的話,則輸出電壓為0,這樣就達不到Rx/V轉換的目的了。由式Ux=-
30、ERx/Ro可看到,Ux與Rx成正比,若Ux ,則Rx ,但事實上,用戶體驗不能去無限,它與運算放大器和電壓的限制,和RX可以實際上是無限的,這意味著,當被測電阻RX的不是大到一定程度的一種價值體驗的對應。與完美的物理概念,當RX負反饋減弱,閉環(huán)增益較大,有一定的運算放大器達到飽和,在這一點上是根據(jù)課程的線性狀態(tài)方程是不成立的。問題是運放趨與飽和是什么時候呢?將Ux飽和值(近似取為運放所加的電源電壓)及E、Ro的數(shù)值代入式Ux=-ERx/Ro計算。所得的Rx值即為該運放趨于飽和的待測電阻,它是待測電阻的上限,也就是所謂的“量程”。顯然,在電路想要不同的量程可以通過選擇不同的Ro值來實現(xiàn)目的。其
31、準確性反映在模型集成運算放大器的選擇,因為一些技術指標等集成運算放大器的開環(huán)差模增益是確定的準確性的關鍵。所以選擇是保持精度,而且經(jīng)濟,所以OP-07運算放大器。本設計要求通過控制單片機來進行數(shù)據(jù)采集,量程自動轉換,數(shù)據(jù)處理顯示等,從而實現(xiàn)測量過程的智能化。本系統(tǒng)可分為分三個部分:數(shù)據(jù)采集部分,數(shù)據(jù)處理部分,以及數(shù)據(jù)顯示部分。3.2.2 數(shù)據(jù)采集部分在應用單片機系統(tǒng)過程中,通常需要檢測壓力、溫度、速度、流量等模擬量的連續(xù)變化過程,將數(shù)據(jù)輸入到單片機進行處理,也就是講模擬量轉換成數(shù)字過程,該過程稱為模數(shù)轉換。隨著單片機技術的發(fā)展,有很多新一代單片機已經(jīng)在芯片上集成了多通道模數(shù)轉換和脈寬調制輸出,
32、大大簡化了工作的連接電路和編程,但這種處理器芯片比較貴。目前對模數(shù)轉換芯片很多,但它們都對精度、速度、價格的差異也非常大。ADC0809在精度和價格中等,等這一般的實時控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是合適的。ADC0809是逐次逼近型8位A/D轉換器,模擬開關芯片共有八個,8個模擬電壓達到時間的轉換,典型的轉換時間是100年。芯片有三個狀態(tài)輸出緩沖區(qū)可以直接連接數(shù)據(jù)總線的單片機。ADC0809的引腳圖和規(guī)格如下:圖3-4 ADC0809引腳圖1.IN0IN7:8路模擬信號輸入端。2.ADDc,ADDb,ADDa;三位地址碼輸入。八模擬信號轉換的選擇是由一個,乙,C的一點是低,高。低8地址A0 A2連接。由
33、A0 000 111 A2地址在 7 8路A/D通道的選擇。3.CLK:外部時鐘輸入。時鐘頻率越高,越快的A/D轉換。允許范圍內(nèi)的10 1280 khz,典型值為640 khz、A/D轉換時間是100us。4.D0D7:八路數(shù)據(jù)輸出端,可直接接入單片機的數(shù)據(jù)總線。5.OE:A/D轉換完畢輸出線,其上跳沿表示A/D轉換器內(nèi)部已經(jīng)轉換結束。 6.ALE:地址鎖存允許信號。8路模擬通道地址由A、B、C輸入,在0809的ALE信號有效時將該8路地址鎖存。7.START:啟動轉換輸入線,該信號的上升沿,可將地址選擇信號A,B,C鎖入地址寄存器內(nèi)。8.EOC:A/D轉換結束信號。當啟動0809A
34、/D轉換后,EOC輸出低電平;轉換結束后,EOC輸入高電平,表示可以讀取A/D轉換結果。根據(jù)讀入轉換結果的方式,此信號可用三種方式和單片機相連。 (1)延時方式:EOC懸空,啟動轉換并延時100 us后讀入轉換結果。 (2)查詢方式:EOC接單片機端口線,查到EOC變高,讀入轉換結果,作為查詢信號。 (3)中斷方式:EOC經(jīng)非門接單片機的中斷請求端,將轉換結束信號作為中斷請求信號向單片機提出中斷申請,在中斷服務中讀入轉換結果。9.VCC:正電源電壓(+5V),GND為接地端。3.3.3 數(shù)據(jù)處理部分本系統(tǒng)是用單片機設計的,能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能,所以關鍵的地方在于如何選擇單片機。自單片機發(fā)明以來
35、,出現(xiàn)了各種各樣的類型,從原來的英特爾MCS - 51 PIC系列和最近新的AVR單片機,ARM等,品種繁多,功能各異,特別是ATMEL公司的89系列單片機的flash,更廣泛的應用。通過設計對所需的資源進行分析,最后我們決定選用ATMEL公司出產(chǎn)的AT89C51型號的單片機。AT89C51單片機是在MCS51單片機在基礎上審計翻新的,是目前世界上最新的高性能八微控制器首先還是先介紹一下AT89C51的特點:AT89C51與MCS251系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上能夠實現(xiàn)完全兼容。片內(nèi)有4k字節(jié)可在線重復編程快擦寫程序的存儲器。全靜態(tài)工作,工作范圍: 0Hz 24MHz。三級程序存儲器加密。
36、128×8位內(nèi)部RAM。32位雙向輸入輸出線。兩個十六位定時器/計數(shù)器。五個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級。一個全雙工的異步串行口。間歇和掉電工作方式。功能描述:AT89C51單片機是一個低損耗、高性能CMOS 8微處理器芯片上的4 k字節(jié)的網(wǎng)絡可以重復編程快擦掉快寫程序內(nèi)存,可以重復寫/擦除1000次,數(shù)據(jù)存儲時間為十年。它完全兼容MCS251系列單片機在指揮系統(tǒng)和銷,不僅可以完全取代MCS251系列單片機,而且可以使系統(tǒng)有許多MCS251系列單片機沒有功能。AT89C51系列單片機可以構成最小應用系統(tǒng),可以減小系統(tǒng)集成度,提高系統(tǒng)的可靠性,從而降低系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4字符,輸出
37、端口提供給用戶四??梢允褂?V電壓編程但是擦除時間只有10ms,只有1%的87個C51擦除時間。與87個C51的12 V電壓相比,不容易損傷設備,而且沒有電源要求,但是不排除芯片時,重寫,適用于許多嵌入式控制。2.7 6 V工作電壓范圍寬、靜態(tài)工作,工作頻率范圍寬,在0赫茲 24兆赫,51比87的C51系列6 MHz,12 MHz 具有更大的靈活性,系統(tǒng)可以由快到慢。AT89C51芯片擁有三層加密程序,能夠提供較為方便、靈活、可靠的加密手段,充分保證了程序或系統(tǒng)不被別人輕易竊取。此外,AT89C51單片機有mcs251系列單片機的優(yōu)點,128 x 8的內(nèi)部RAM,32位雙向輸入/輸出線,兩個1
38、6位定時器/計時器,5個中斷源,2級中斷優(yōu)先級,一個全雙工異步串行端口的時鐘發(fā)生器等。管腳功能:AT89C51單片機為40腳芯片,下面是AT89C51單片機的引腳圖3-5:圖3-5 AT89C51的引腳圖通過mcs51匯編語言單片機內(nèi)部P0,P1,P2,P3 8四雙向I / O端口,因此,可以直接連接到外圍接口,而不需要添加接口芯片。每個端口P0-P3可以輸入或輸出的字節(jié),也可以輸入或輸出,方便的位置控制。P0口:具有雙重功能:首先可以作為輸入/輸出口,外接輸入/輸出設備;然后在有外接存儲器和I/O接口時常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線,即低8位地址與數(shù)據(jù)線分時使用P0口。P1口:具有單一接口功能,
39、P1口每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。P2口:具有雙重功能:首先,可以作為輸入/輸出外部輸入/輸出設備;然后在外部存儲器和I/O接口,為地址總線系統(tǒng),輸出高8位地址,八個地址一起形成P0口低16位地址總線。P3口:為雙重功能:可以作為輸入/輸出口,外接輸入/輸出設備;作為第二功能使用時,每一位功能定義如表3-1所示:表3-1 P3口的第二功能1.控制口線:PSEN (片外取控制)、AL E( 地址鎖存控制)、EA (片外儲器選擇)、RE2SET (復位控制)。2.電源及時鐘: Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2工作模式:AT89C51單片機的操作有兩種模式,間歇和權力。批處理模式設置
40、的軟件,當外圍設備仍處于工作狀態(tài)時,CPU可以及時進入睡眠狀態(tài),根據(jù)工作的內(nèi)部RAM和所有特殊寄存器的值將保持不變,國家可以是任何終止一個中斷或硬件復位。在掉電模式Vcc電壓低于下限電壓時,振蕩器停止工作且CPU不再執(zhí)行指令。芯片上的RAM和特殊功能寄存器值保持不變,直到終止掉電模式。只有當Vcc電壓恢復到正常的操作范圍且振蕩器保持穩(wěn)定時,才可以終止掉電模式的硬件復位。3.3.4 數(shù)據(jù)采集與處理部分的工作原理ADC0809與89C51的電路連接如圖3-6所示: 圖3-6 ADC0809與單片機AT89C51電路連接從圖3-6中,89C51的P2.1口接受到的是高電平信號時,P2.3和P2.2開
41、始工作,進行對CD4051的控制,量程開始轉換,同時P2.2和P2.3還連接到74LS138的1和2腳,顯示量程在哪一擋位;如果89C51的P2.1口接受到的是低電平信號時,啟動A/D轉換,ADC0809的26腳輸入一個0-5V之間的模擬信號,將其轉換成二進制,通過P0口進入單片機系統(tǒng),數(shù)字電壓經(jīng)過準換程序,轉換成相應的電阻數(shù)據(jù)。3.3.5 數(shù)據(jù)顯示部分在單片機應用系統(tǒng)中,因為LED數(shù)碼管具有顯示清晰、成本低廉、配置靈活,與單片機接口的連接簡單等特點所以如果僅僅只需要顯示數(shù)字和某些字母等簡單信息,可以優(yōu)先選擇使用LED數(shù)碼管。當要求是太多的顯示數(shù)字時,為了簡化電路,降低硬件成本,通常采用動態(tài)掃
42、描顯示電路。動態(tài)掃描顯示電路是將你所有的同一個字段顯示在一起,每一個段落一個在一起,第二段一起共有八段,由八個輸入/輸出端口控制,每一個公眾包括另一個輸入/輸出控制。此連接將由于一個多個字段行一起,當輸出字段代碼,由于一個數(shù)量的柵極,同時,每個將顯示相同的內(nèi)容。要顯示不同的內(nèi)容,因此,必須采取輪流顯示方式。在某一時刻,只會使一個特定的字位線處于一種選通狀態(tài)(普通陰極數(shù)碼管為低電平,共陽極為高電平),每一個字一行在短的條件下,同時一個字行輸出這一個在字符碼中顯示相應的字段。在這一瞬間,只有這一個在,根據(jù)一些其他的黑暗。也在下一個瞬間,單獨顯示下一個,這樣,反過來,又顯示出圓形掃描。第4章 控制軟
43、件的設計4.1主程序的設計結束在本系統(tǒng)中,主程序負責的地方有系統(tǒng)初始化、讀模式開關、調A/D采樣子程序、調用數(shù)據(jù)處理子程序、讀鍵盤設置篩選值與篩選誤差子程序,顯示子程序等等,主程序流程圖如圖4-1所示: 圖4-1 主程序流程圖4.2 子程序的設計4.2.1讀取A/D采樣值子程序的設計LTC1864的工作時序如圖4-2所示。圖4-2 LTC1864的工作時序圖讀取A/D采樣值子程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3 讀取A/D采樣值子程序流程圖4.2.2 多次讀取A/D采樣值子程序的設計 我們需要設計這樣一個程序來減小止基準源電壓的波動給A/D采樣值帶來誤差:連續(xù)讀取5次A/D采樣值,去掉
44、一個最大值與一個最小值,余下的三個采樣值求算術平均值。防止讀取A/D采樣值干擾子程序流程圖如圖4-4所示。 圖4-4 防止讀取A/D采樣值干擾子程序流程圖4.2.3 鍵盤設置子程序的設計在篩選模式中,需要輸入篩選值及篩選誤差范圍。為此,我們設計了設置篩選值與篩選誤差子程序。我們一共設置了:“光標切換next”、“數(shù)字加一/單位加jia”、"數(shù)字鍵一/單位減jian”、"設置完成ok”等四個按鍵。篩選值為三位整數(shù)一位小數(shù)外加單位,例如“999.9k”。篩選誤差為兩位整數(shù),單位是,例如“15”。所以,光標共需切換七次,才能進行一次完整設置,這樣給用戶帶來很不方便,為此設計了“設
45、置完成”按鍵,在光標切換任何至任何位置時,都可以通過“設置完成”按鍵,直接完成設置進行篩選。鍵盤設置子程序流程圖如圖4-5所示。 圖4-5 鍵盤設置子程序流程圖4.2.4 檔位選擇、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)顯示子程序的設計該部分程序是整個程序最重要的部分,本部分子程序是調A/D采樣子程序,然后根據(jù)A/D采樣后的值選擇檔位,將繼電器轉換到合適檔位,然后調用A/D采樣子程序多次讀取A/D采樣值子程序,最后在LCD12864上顯示數(shù)據(jù)。如圖4-6所示:高能電阻模塊設計。圖4-6 高能電阻模塊設計數(shù)據(jù)處理及顯示處理說明:數(shù)據(jù)定義成float數(shù)據(jù)類型,這樣在乘除時可以直接進行計算,無需進行特殊的乘除和小數(shù)計算處理
46、;顯示時采用無字庫的LCD12864,故必須先建立本系統(tǒng)的字庫,顯示時只需選擇顯示位置坐標和字庫中的字符即可。并且在數(shù)據(jù)處理的過程中應當做到盡量無誤差或誤差較小,因為子程序設計的過程中需要對大量的數(shù)據(jù)進行計算分析,從而得出準確的結果并作出正確的判斷。首先,我們需要選擇合適的檔位。但是選擇檔位后,我們還應該對其進行校正,以確保我們檔位選擇足夠準確。然后,在數(shù)據(jù)處理的過程中。為保證數(shù)據(jù)的精準度,我們需要對數(shù)據(jù)重復進行整理、分類、統(tǒng)計直至無誤差或誤差較小。最后,在數(shù)據(jù)顯示子程序的設計過程中,我們考慮多方面因素進行計算修改。并且在設計完成后我們要進行測試,確保程序正確無差錯。結 論 伴隨著現(xiàn)代技術的飛速發(fā)展,在測量儀器也隨著時代發(fā)展的潮流不斷的發(fā)展變化,而表面電阻測量儀就是科學技術發(fā)展的產(chǎn)物。本文則是對表面電
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 12富起來到強起來 第一課時(說課稿)-2023-2024學年道德與法治五年級下冊統(tǒng)編版
- 13《貓》說課稿-2023-2024學年四年級語文下冊統(tǒng)編版
- Unit 4 Customs and Traditions:Review of Passives 語法銜接活動案例說課稿-2024-2025學年高中英語滬外版必修第一冊
- 8 安全記心上《平安出行》(說課稿)-部編版道德與法治三年級上冊
- 西藏小區(qū)變壓器施工方案
- 27《巨人的花園》(說課稿)-2023-2024學年統(tǒng)編版語文四年級下冊
- 《3 我的本領大-循環(huán)模塊與執(zhí)行器模塊組合應用》說課稿-2023-2024學年清華版(2012)信息技術六年級下冊001
- 9元日說課稿-2023-2024學年三年級下冊語文統(tǒng)編版
- Unit 3 Seasons Lesson 2(說課稿)-2023-2024學年人教新起點版英語二年級下冊
- 倒賣人口合同范例
- 邵陽市職工勞動能力鑒定表
- 稀土配合物和量子點共摻雜構筑發(fā)光軟材料及其熒光性能研究
- 衛(wèi)生部手術分級目錄(2023年1月份修訂)
- JJG 921-2021環(huán)境振動分析儀
- 中藥炮制學-第五、六章
- 中國風軍令狀誓師大會PPT模板
- 小兒高熱驚厥精品課件
- 2023機械工程師考試試題及答案
- 2022年電拖實驗報告伍宏淳
- 豐田汽車戰(zhàn)略規(guī)劃與戰(zhàn)略管理體系研究(2021)
- 即興口語(姜燕)-課件-即興口語第一章PPT-中國傳媒大學
評論
0/150
提交評論