簡易自動(dòng)電阻測量儀講解

1、G題：簡易自動(dòng)電阻測試儀2011全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽設(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)的簡易自動(dòng)電阻測試電路。該設(shè)計(jì)采用12位A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成主要的測量電路，其測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，電路簡單又避免自制恒流源本身誤差對測量產(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：單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器，電壓分壓采樣，量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換AbstractThissystemisakindofSTC89C58MCUbasedonsimpleaut

2、omaticresistaneetestcircuits.ThisdesignUSESA/Dconverter12bitAmajormeasurementcircuit,themeasuringrangeandtherelayoftheclosedandshutofftorealizeautomaticconversion,useLCD12864rangeasdisplaycircuit,andthekeytorealizethefunctionofthematrixcircuitswitchandfreedataentry.Samplingplaninvoltageonsubsectionp

3、owercircuitissimpleandsampling,pressuretoavoidhomemadeconstantcurrentsourceitselfonthemeasurementerrorinfluenee.Thecircuitdesignisnovel,theextensibility.Keywords:MVU,A/Dconverter,electricpressure,rangeofsubsectionsamplingautomaticconversion、總體方案設(shè)計(jì)1、電阻測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，電阻的測量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，

4、通過計(jì)算震蕩輸出的頻率來計(jì)算被測電阻的大小，但是該電路只可以測出量程在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)反饋電阻測量的方法，其測量原理框圖如圖1所示：圖1數(shù)控恒壓源式電阻測量的閉環(huán)負(fù)反饋方法原理框圖系統(tǒng)有被測電阻Rx,反饋電阻R0,運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)組成。加在被測電阻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。被測電阻可RxViVo由下式求得：式中ViD/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

5、改寫成VoRoARx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,ViRx=0?0.5V/KQ,可以保證Vo=0?5V）為了保證實(shí)現(xiàn)上述要求，則Vi要隨著被測電阻的大小的變化而變化。被測電阻Rx大，則Vi大，被測電阻Rx小，則Vi小，由于電阻Rx是待測量的，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量法，其原理電路見圖2GND圖2電阻測量原理電路中由電源通過

6、分壓電阻Ri之后給測量電路提供電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測電阻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 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π?shù)點(diǎn)進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測量擋。R1 10聽時(shí)9919頭女口：對100擋，取Roi50，小數(shù)點(diǎn)定在個(gè)位上。當(dāng)就會顯示出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1K擋，取

7、R02500，小數(shù)點(diǎn)定在千位上。當(dāng)相應(yīng)變化，可以從0.01K測到0.99K。以此類推。電阻測量電路見圖3圖3電阻測量電路由上分析可知Ri=R0150；R2=R02500；R35K；R45M，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。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。

8、方案二LCD12864是帶中文字庫的一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64,內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字，和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、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16X16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、

9、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，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)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32PS,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

10、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，最高分辨可達(dá)4096級。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，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

11、理速度達(dá)12MIPS,且設(shè)計(jì)簡單，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的芯片。故舍克本方案。方案二采用普通的STC89C58芯片,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 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，本簡易電阻自動(dòng)測試儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用STC89C58單片機(jī)做主控電路，采用A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到單片機(jī)

12、中，通過單片機(jī)控制顯示器實(shí)現(xiàn)被測電阻阻值的讀出。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)測量出電阻值顯示出來。電路系統(tǒng)框圖見圖4。二、軟件設(shè)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)測試測量儀器：fluke37multimeter（福祿克

13、37萬用表），J2361-1電阻箱1、電阻測量測試數(shù)據(jù)記錄（室溫）表1電阻測量數(shù)據(jù)測量直則量用表1.921431004741K1.45K4.76K9K6.58M37萬用表（Q）2.021.143.2100.34741K1.45K4.76K9.0K|儀表測量值（Q）2.0121.143.31004751.01K1.44K4.77K9.04K絕誤差值（Q）0.0100.10.310.01K0.01K0.01K0.04K相對誤差（%）0.00500.2310.2990.21110.6890.2100.44誤差分析：由于fluke37multimeter（福祿克37萬用表）它的電阻檔測量精度很高，因此

14、我們把它測出來的電阻用作基準(zhǔn)電阻。不過再精密的儀器的測量結(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)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，在通過電阻測量電路測出電位器的阻值，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。可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5O0lo3248MEO561121Z81501761922Q322424J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)測量儀表具有較高的智能化水平。參考文獻(xiàn)1 曾昭，文卉恐值計(jì)算（第二版）？（匕京:清華大學(xué)出版社，20062 高吉祥.模擬電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社，20053 劉守義？單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)？西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20024 李義府？模擬電子技術(shù)