在線電阻測量儀的制作與設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上在線電阻測量儀的制作與設(shè)計摘 要：設(shè)計了一種在單片機(jī)控制下的在線電阻測量儀器。被測電阻本身通過Rx/V轉(zhuǎn)換電路，利用運放的“虛短”、“虛斷”特點和電隔離技術(shù)，經(jīng)過雙限比較器，轉(zhuǎn)換成模擬電壓后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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)顯示。同時單片機(jī)還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，自動量程轉(zhuǎn)換和量程顯示，具有較高的測試精度。關(guān)鍵詞：電阻；在線測試；量程轉(zhuǎn)換；單片機(jī)A Measurement Instrument of In-circuit Resistance Abstract: This paper presents an instrument

2、controlled by the single-chip AT89C51.The instrume -nt can carry out the on-line measurement for resistance and capacity. It uses the principle of the v -oltage negative feedback and the method of the isolated voltage. The instrument can collect data and implement A/D conversion. It can also change

3、the range of measurement automatically and provide high accuracy.Key Words: resistance; single-chip computer; on-line measurement; A/D conversion引 言在二十一世紀(jì)的今天，首先應(yīng)當(dāng)肯定的是PCB產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今最充滿希望的產(chǎn)業(yè)，PCB也就是我們現(xiàn)在所熟悉的印刷電路板。從發(fā)明至今，它的歷史已經(jīng)走過了六十年，按現(xiàn)在電子電路大會的說法，PCB這六十年的歷史表明“沒有PCB，就沒有電子線路,飛行、交通、原子能、計算機(jī)、通信、電話這一切都無法實現(xiàn)”，由此看出，PCB對

4、我們的應(yīng)用來說是非常廣泛的。而一塊能夠正常投入使用的PCB板往往需要通過大量的調(diào)試，測量和維修，因為PCB板上都處都是電阻和電容，比如我們有時候并不能確定一個電阻的阻值是否是我們想要的那個參數(shù)，那就需要通過測量來了解其阻值，但是這個電阻現(xiàn)在已經(jīng)被焊在了PCB板上，測量時電阻不是單獨存在的，會并聯(lián)上很多電阻網(wǎng)絡(luò)，以避免受到其它串、并聯(lián)支路的影響，通常我們的做法就是焊開電阻的一個腳，然后再對其進(jìn)行測量，這樣的做法從理論是講是正確的，但是確顯得很麻煩，而且效率低，還極易損傷線路板和元器件。所以我們現(xiàn)在需要一種更為方便的途徑來解決這個難題，希望在不焊開電阻的情況下測量其電阻的阻值。本課題應(yīng)用的在線測量

5、技術(shù)是一種新穎的電子測量技術(shù)，亦稱等電位隔離技術(shù)。它能在不破壞電路完整性的前提下，準(zhǔn)確測量電子設(shè)備印制線路中的電流、電阻、晶體管等參數(shù)。該在線電阻測量電路的基本原理是由集成運放和電阻等簡單元氣件組成的電阻/電壓變換器，且采用的器件數(shù)目少，易于集成化。它不采用以往模擬式的電阻測量儀，而采用單片機(jī)的控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，自動轉(zhuǎn)換量程，數(shù)據(jù)處理和顯示等，實現(xiàn)測量過程中的智能化。此智能在線電阻測量儀具有電路簡單、測量精度高、操作簡單方便、顯示直觀等特點，對電路稍加改動，即可完成在線電容和在線電感的測量，又可改裝成電容、電感、電阻三用在線測量儀。該設(shè)計在今后的電子應(yīng)用設(shè)計領(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用，為我們今后

6、的測量起了很好的幫助。1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計為了讓在線電阻測量儀能夠更加精密把被測電阻的阻值顯示在數(shù)碼管上，也考慮到了這個電路的實用與經(jīng)濟(jì)性，我們首先設(shè)定了制作方案。把設(shè)計分為5個重要部分來完成，分別是Rx/V轉(zhuǎn)換電路，量程轉(zhuǎn)換和顯示量程，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)控制部分，LED顯示部分。在線電阻測量儀的關(guān)鍵就在于Rx/V轉(zhuǎn)換器，Rx即在線電阻，Rx/V轉(zhuǎn)換器的設(shè)計能實現(xiàn)“電隔離”功能、電阻轉(zhuǎn)換成電壓等功能。這部分電路所采用的是反相輸入比例運算電路，利用集成運放的“虛短”、“虛斷”原理，巧妙的達(dá)到“電隔離”的效果。單片機(jī)控制部分將會是這個方案中至關(guān)重要的一部分，這個牽涉到量程的自動轉(zhuǎn)換問題，應(yīng)用單片機(jī)

7、可以根據(jù)所測電阻自動切換量程，達(dá)到操作方便。在量程的自動轉(zhuǎn)換問題上，我們應(yīng)用到的是CD4051。其次就是A/D轉(zhuǎn)換器，它可以將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，在這里我采用的是ADC0809。最后就是電路的顯示部分，顯示電路采用的是LED數(shù)碼管（共陽），用來將A/D轉(zhuǎn)換的值進(jìn)行顯示。圖1-1是本系統(tǒng)的系統(tǒng)組成框圖。在本章下面幾個小節(jié)中將根據(jù)這個硬件原理圖，對各個模塊電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計和分析。A/D轉(zhuǎn)換器LED顯示部分單片機(jī)系統(tǒng)Rx/V轉(zhuǎn)換器多路模擬開關(guān)雙限比較器圖1-1 系統(tǒng)組成框圖1.1 系統(tǒng)硬件的總流程圖整個系統(tǒng)的流程為：Rx輸入 Rx/V轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關(guān) U模擬輸出（U1模擬信號）A/D

8、轉(zhuǎn)換器U1數(shù)字信號數(shù)據(jù)處理Rx數(shù)字信號顯示部分Rx數(shù)值被測電阻Rx經(jīng)過Rx/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U，此電壓經(jīng)過雙限比較器（0-5V），得出一個高低電平給單片機(jī)（P2.1），P2.1為高電平時，讓單片機(jī)來控制量程轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)牧砍虝r，即P2.1為低電平時，此時被測電阻Rx轉(zhuǎn)換成電壓U1，單片機(jī)開啟A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器把IN-0口模擬信號U1轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過P0數(shù)據(jù)口傳輸給單片機(jī)。數(shù)字電壓信號經(jīng)過軟件編程，換算成電阻數(shù)據(jù)，再通過P1數(shù)據(jù)口和P3控制口，進(jìn)行LED動態(tài)顯示。具體總電路見附錄11.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計要求通過單片機(jī)顯示電路中被測電阻的阻值，必須通過一個轉(zhuǎn)換電路，把電阻轉(zhuǎn)換為

9、電壓信號，才能把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路分三部分：Rx/V轉(zhuǎn)換器，量程轉(zhuǎn)換電路，量程顯示電路。1.2.1 Rx/V轉(zhuǎn)換電路在線電阻測量儀的關(guān)鍵技術(shù)是Rx/V轉(zhuǎn)換電路，Rx即在線電阻。無論電路多么復(fù)雜，總可以把與Rx相并聯(lián)的元件等效為兩只互相串聯(lián)的電阻R1和R2，由此構(gòu)成三角形電阻網(wǎng)絡(luò)，如圖1-2。此轉(zhuǎn)換器的作用就是對R1，R2進(jìn)行“電隔離”，消除R1，R2對Rx的影響。把輸入的Rx轉(zhuǎn)換成模擬的U信號，把模擬電壓信號輸入到A/D轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。圖1-2 等效電阻具體方案如下：如圖1-3，R0為量程電阻，也就是我們要用的CD4051所連接的參考電阻。從圖中我們看出該運放是反相輸

10、入比例運算電路，其反饋是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，由于開環(huán)差模增益很高，滿足深度負(fù)反饋條件，集成運放工作在線性區(qū)，因此運放有“虛短”，“虛斷”的特點。由于C點接地，所以D點虛地，則R1兩端呈同電位，因此UR1=0，則R1相當(dāng)于斷路。又根據(jù)深度電壓負(fù)反饋, 其輸出電阻為0 的特性, 負(fù)載電阻R2對輸出電壓無影響。R1和R2就不起分流作用，這樣即可直接測量Rx的阻值。為測試電壓，s為測試電流。設(shè)流過Rx ，R1的電流分別為x,1。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 (1-1)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 (1-2)再考慮到點接地，點虛地

11、，因此：sR0 (1-3)進(jìn)而推導(dǎo)出：x=x Rx=s Rx=(E/ R0) Rx (1-4)顯然，只要用數(shù)字電壓表測出Rx兩端的壓降x,就能求出Rx值。這就是在線測量電阻的基本原理圖1-3 Rx/V轉(zhuǎn)換電路從上面電路看出，如果Rx右端不接電阻，而直接接地的話，則輸出電壓為0，這樣就Rx/V轉(zhuǎn)換就不成立了。由式Ux=-ERx/Ro可看到，Ux與Rx成正比，若Ux ，則Rx ，但實際上Ux不可能趨于無窮大，它以運放所加的電壓為極限，而現(xiàn)實中Rx卻可以趨于無窮大，這就意味著，當(dāng)待測電阻Rx大到一定程度就不存在一個與之對應(yīng)的Ux值了。物理概念與上述完全吻合，當(dāng)Rx變大，負(fù)反饋就變?nèi)?，閉環(huán)增益就變大，

12、到一定程度運放就達(dá)到飽和，此時按線性狀態(tài)推導(dǎo)出的式子當(dāng)然就不成立了。問題是運放什么時候趨與飽和呢？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，電路中選擇不同的Ro值就可以有不同的“量程”。它的精確度體現(xiàn)在集成運放的型號的選擇上，因為集成運放的一些技術(shù)指標(biāo)如開環(huán)差模增益等都是決定精確度的關(guān)鍵。所以在選擇上即要保持精確度，又要有經(jīng)濟(jì)性，所以選擇了OP-07運放。1.2.2 Rx/V轉(zhuǎn)換電路與雙限比較器的連接雙限比較電路是由兩個簡單比較器組成，如圖1-4所示，它能指

13、示出Ui值是否處于和之間。如Ui，雙限比較器的輸出電壓UO等于運放的正飽和輸出電壓(+Uomax)，如果Ui或Ui，則輸出電壓U0等于運放的負(fù)飽和輸出電壓(UOmax)。圖1-4 雙限比較器Rx/V轉(zhuǎn)換電路與雙限比較器的連接電路如圖1-5所示，單片機(jī)給定一個量程后，被測電阻Rx經(jīng)過Rx/V轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U，電壓U的范圍是0-12V。Rx小于R0，則電壓U為0-5V；如果Rx大于R0，則輸出為12V。后面的雙限比較電路采用LM324，當(dāng)經(jīng)過OP-07轉(zhuǎn)換出來的電壓U在0-5V之間的時候，兩個二極管D8，D9截止，輸出的電壓為了0V；當(dāng)轉(zhuǎn)換出來的電壓大于5V的時候，D9截止，D8導(dǎo)通，輸出的電壓

14、為5V；當(dāng)轉(zhuǎn)換出來的電壓小于0V的時候，D8截止，D9導(dǎo)通，則輸出電壓為5V。圖1-5 Rx/V與雙限比較器連接圖比較器的輸出信號要驅(qū)動單片機(jī)和74LS138的端口，所以應(yīng)該在輸出信號后加上一個電壓跟隨器，增加帶負(fù)載能力。圖1-6 電壓跟隨器同時，電壓U也是與ADC0809相連。ADC0809所接收的信號是0-5V的電壓，所以電壓U還應(yīng)該接上一個電壓跟隨器和穩(wěn)壓管，保證當(dāng)U為0-5V時，ADC0809收到的信號是原信號，當(dāng)U大于5V時，ADC0809接收的是5V信號，有效地保護(hù)了ADC0809。1.2.3量程控制電路由于本設(shè)計要求量程自動轉(zhuǎn)換，所以選擇了CD4051模擬開關(guān)作為選擇參考電阻R0

15、，設(shè)計這個量程轉(zhuǎn)換的目的是為了能使Rx小于R0。在總體設(shè)計圖中我已經(jīng)指出只有當(dāng)單片機(jī)的P2.1口接受到的是低電平的時候，才開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；但由于Rx有可能大于R0，所以輸出的電壓可能會是一個高電平，ADC0809將不進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)將開始控制量程轉(zhuǎn)換，這樣就能使Rx小于R0。圖1-7為CD4051引腳功能，CD4051相當(dāng)于一個單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來決定。 “INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個電源端VEE，以作為電平位移時使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號能直

16、接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達(dá)15V的交流信號。圖1-7 CD4051引腳圖例如，若模擬開關(guān)的供電電源VDD=5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=5V時，只要對此模擬開關(guān)施加05V的數(shù)字控制信號，就可控制幅度范圍為5V5V的模擬信號。多路模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻Ron（一般為數(shù)10至1K左右）比機(jī)械開關(guān)的接觸電阻（一般為m量級）大得多，對自動數(shù)據(jù)采集的信號傳輸精度或程控增益放大的增益影響較明顯，而且Ron通常隨電源電壓高低、傳輸信號的幅度等的變化而變化，因而其影響難以進(jìn)行后期修正。實踐中一般是設(shè)法減小Ron來降低其影響。以CD4051的Ron隨電源電壓和輸入模擬電壓的變化而變化。當(dāng)VD

17、D=5V、VEE=0V時，Ron280，且隨Vi的變化突變；當(dāng)VDD10V、VEE=0V時，Ron100，且隨Vi的變化緩慢?？梢姡m當(dāng)提高CD4051的VDD有利于減小Ron的影響。例如：取VDD=12V（VEE =0V），可采用電源電壓上位箝位的方法，上拉電阻的阻值取1.5K以上，使選通控制端信號的有效高電平不低于6V。這樣，既保證CD4051理想導(dǎo)通Ron小，又實現(xiàn)CMOS電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計采用三路基準(zhǔn)電阻1K，100K，1M。根據(jù)x =(E/ R0) Rx，所以測量范圍為0-1000，1K-100K，100K-10M，范圍覆蓋常用電阻。圖1-8 量程轉(zhuǎn)換電路上圖為具體的量程

18、轉(zhuǎn)換電路，在上圖中我們把3腳作為輸出腳，根據(jù)CD4051 的真值表可得，當(dāng)管腳9、10、11為0、0、0時，系統(tǒng)選通13腳，即R0為1K；當(dāng)管腳9，10，11為001時，系統(tǒng)選通14腳，即R0為100K；當(dāng)管腳9，10，11為010時，系統(tǒng)選通15腳，即R0為10M。這里的管腳10、11是由單片機(jī)的P2.2，P2.3控制的。1.2.4 量程顯示電路本設(shè)計的自動轉(zhuǎn)換量程的要求是經(jīng)過具體的實物來表示所測量的電阻是在哪一量程，所以采用了74LS138來驅(qū)動發(fā)光二極管。如圖1-9，采用3中不同顏色的發(fā)光二極管綠，黃，紅分別表示*1，*100，*10000三個量程。也就是說，當(dāng)你讀一個電阻時，先讀出LE

19、D上顯示的讀數(shù)，再看發(fā)光二極管，乘以相應(yīng)的數(shù)，這就是所測電阻的讀數(shù)?？刂莆慌c單片機(jī)P2.2，P2.3相連，由軟件判斷。圖1-9 量程顯示電路從這個圖上看出，當(dāng)管腳3、2、1為1、0、0的時候，系統(tǒng)選通11腳，VD1發(fā)光，當(dāng)管腳3、2、1為1、0、1的時候，系統(tǒng)選通10腳，VD2發(fā)光，當(dāng)管腳3、2、1為1、1、0的時候，系統(tǒng)選通9腳，VD3發(fā)光。1.2.5 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路總原理圖具體電路圖如1-10所示，被測電阻經(jīng)過Rx/V轉(zhuǎn)換電路后，輸出一個范圍是0-12V的電壓，當(dāng)Rx大于R0時，輸出電壓為運放的極限電壓12V，當(dāng)Rx小于R0時，輸出電壓的范圍是0-5V，這個電壓是根據(jù)Ux=-ERx/ R0計

20、算得來的。將這個電壓經(jīng)過雙限比較器比較后得到一個高低電平給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)的P2.1口接受到的是高電平的時候，單片機(jī)開始控制量程轉(zhuǎn)換，將被測電阻轉(zhuǎn)換到適合它的量程R0的范圍內(nèi)，這樣在經(jīng)過Rx/V轉(zhuǎn)換和雙限比較以后，單片機(jī)接受到的是一個低電平的信號，這樣A/D轉(zhuǎn)換啟動。圖1-10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路1.3 數(shù)據(jù)采集、處理、顯示部分本設(shè)計要求采用單片機(jī)的控制進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，自動轉(zhuǎn)換量程，數(shù)據(jù)處理和顯示等，實現(xiàn)測量過程的智能化。此系統(tǒng)分三部分：數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)處理部分，數(shù)據(jù)顯示部分。1.3.1 數(shù)據(jù)采集部分在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，才能輸入

21、到單片機(jī)進(jìn)行處理，這種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程稱為A/D轉(zhuǎn)換。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有許多新一代的單片機(jī)已經(jīng)在片內(nèi)集成了多路的A/D轉(zhuǎn)換通道和PWM輸出，大大簡化了連接電路和編程工作，但這類CPU芯片大多價格較貴。當(dāng)前能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的芯片型號很多，但是它們在精度、速度和價格上的差別也很大。ADC0809在精度和價格等方面都屬中等，這對于一般實時控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來講是合適的。ADC0809是逐次逼近式八位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換，典型轉(zhuǎn)換時間為100us。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809的引腳圖和規(guī)格：引腳圖如下

22、：圖1-11 ADC0809引腳圖1) IN0IN7：8路模擬信號輸入端。2）ADDc、ADDb、ADDa：3位地址碼輸入端。8位模擬信號轉(zhuǎn)換選擇由A、B、C決定。A位為低位，C位為高位。與低八位地址中A0A2連接。由A0A2地址000111選擇IN0IN7的8路A/D通道。3）CLK：外部時鐘輸入端。時鐘頻率越高，A/D轉(zhuǎn)換速度越快。允許范圍為101280KHZ，典型值為640KHZ，此時A/D轉(zhuǎn)換時間為100us。4） D0D7：八路數(shù)據(jù)輸出端，可直接接入單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線。5） OE：A/D轉(zhuǎn)換完畢輸出線，其上跳沿表示A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已經(jīng)轉(zhuǎn)換結(jié)束。 6） ALE：地址鎖存允許信號。8路模擬

23、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(zhuǎn)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(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)啟動0809A/D轉(zhuǎn)換后，EOC輸出低電平；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC輸入高電平，表示可以讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。根據(jù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式，此信號可用三種方式和單片機(jī)相連。1延時方式：EOC懸空，啟動轉(zhuǎn)換并延時100 us后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。2查詢方式：EOC接單片機(jī)端口線，查到EOC變高，讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，作為查詢信號。3中斷方式：EOC經(jīng)非門接單片機(jī)的中斷請求端，將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號作為中斷請求信號向單片機(jī)提出中斷申請

24、，在中斷服務(wù)中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。9） VCC：正電源電壓（+5V）。GND為接地端。1.3.2 數(shù)據(jù)處理部分本系統(tǒng)設(shè)計的初衷就是以單片機(jī)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理功能，所以關(guān)鍵就是對單片機(jī)的選擇。單片機(jī)從誕生至今已經(jīng)產(chǎn)生了許多種，新品種的也是層出不窮，從最初INTEL的MCS-51到PIC系列，以及最近新推出的AVR，ARM等，品種繁多，功能各異，特別是ATMEL公司的89系列FLASH單片機(jī)，運用更是廣泛。而且各種技術(shù)參考資料相對也較多。通過對本設(shè)計所需資源的分析，決定選用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是北京集成電路設(shè)計中心在MCS- 51 單片機(jī)的基礎(chǔ)上精心設(shè)計, 由美國生產(chǎn)

25、的至今為止世界上最新型的高性能八位單片機(jī)。首先還是先介紹一下AT89C51的特點：l AT89C51與MCS251系列的單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容。l 片內(nèi)有4k 字節(jié)在線可重復(fù)編程快擦寫程序存儲器。l 全靜態(tài)工作, 工作范圍: 0Hz 24MHz。l 三級程序存儲器加密。l 1288 位內(nèi)部RAM。l 32 位雙向輸入輸出線。l 兩個十六位定時器/計數(shù)器。l 五個中斷源, 兩級中斷優(yōu)先級l 一個全雙工的異步串行口。l 間歇和掉電工作方式。功能描述：AT89C51是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器, 片內(nèi)有4K字節(jié)的在線可重復(fù)編程快擦快寫程序存儲器, 能重復(fù)寫入/擦除1000次，

26、數(shù)據(jù)保存時間為十年。它與MCS251系列單片機(jī)在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容, 不僅可完全代替MCS251系列單片機(jī)，而且能使系統(tǒng)具有許多MCS251系列單片機(jī)沒有的功能。AT89C51系列單片機(jī)可構(gòu)成真正的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),縮小系統(tǒng)體積, 增加系統(tǒng)的可靠性, 降低了系統(tǒng)成本。只要程序長度小于4k, 四個I/O口全部提供給用戶?？捎?V 電壓編程, 而且擦寫時間僅需10 毫秒，僅為87C51的擦除時間的百分之一。與87C51的12V電壓相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求, 改寫時不拔下芯片, 適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬2.76V，全靜態(tài)工作, 工作頻率寬, 在0Hz 24MHz

27、內(nèi), 比87C51等51系列的6MHz12MHz 更具有靈活性, 系統(tǒng)能快能慢。AT89C51芯片提供三級程序存儲器加密, 提供了方便靈活而可靠的加密手段, 能完全保證程序或系統(tǒng)不被仿制。另外，AT89C51系列單片機(jī)還具有MCS251系列單片機(jī)的所有優(yōu)點，1288位內(nèi)部RAM，32位雙向輸入輸出線，兩個16位定時/計時器，5個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級，一個全雙工異步串行口及時鐘發(fā)生器等。管腳功能：AT89C51單片機(jī)為40腳芯片，下面是AT89C51單片機(jī)的引腳圖：圖1-12 AT89C51的引腳圖MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有P0，P1，P2，P3四個8位雙向I/O口，因此，外設(shè)可直接連接于這幾個

28、接口上，而無須另加接口芯片。P0-P3的每個端口可以按字節(jié)輸入或輸出，也可以按位進(jìn)行輸入或輸出，共32根口線，用作位控制十分方便。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(shè)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，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/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備；然后在有外接存儲器和I/O接口時，作為系統(tǒng)的地址總線，輸出高8位地址，與P0口低8位地址一起組成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

29、出設(shè)備；作為第二功能使用時，每一位功能定義如表1所示：表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(fù)位控制)。2) 電源及時鐘: Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2工作模式：AT89C51有間歇和掉電兩種工作模式。間歇模式是由軟件來設(shè)置的, 當(dāng)外圍器件仍然處于工作狀態(tài)時，CPU可根據(jù)工作情況適時地進(jìn)入睡眠狀態(tài), 內(nèi)部RAM和所有特殊的寄存器值將保持不變，這種狀態(tài)可被任何一個中斷所終止或通過硬件復(fù)位。掉電模式是Vcc電壓低于電源下限, 振蕩器停振, CPU 停止執(zhí)行指令。該芯片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器值

30、保持不變, 直到掉電模式被終止。只有Vcc電壓恢復(fù)到正常工作范圍而且振蕩器穩(wěn)定振蕩后，通過硬件復(fù)位掉電模式可終止。1.3.3 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1-13所示：圖1-13 ADC0809與單片機(jī)AT89C51電路連接從圖1-13中，89C51的P2.1口接受到的是高電平信號時，P2.3和P2.2開始工作，進(jìn)行對CD4051的控制，量程開始轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換，ADC0809的26腳輸入一個0-5V之間的模擬信號，將其轉(zhuǎn)換成

31、二進(jìn)制的數(shù)字信號，通過P0口給單片機(jī)，數(shù)字電壓經(jīng)軟件編程，換算成電阻數(shù)據(jù)。1.3.4 數(shù)據(jù)顯示部分在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只是數(shù)字和某些字母，使用LED數(shù)碼管是一種較好的選擇。LED數(shù)碼管顯示清晰、成本低廉、配置靈活，與單片機(jī)接口的連接非常簡單。當(dāng)要求顯示位數(shù)較多時，為了簡化電路，降低硬件成本，通常采用動態(tài)掃描顯示電路。所謂動態(tài)掃描顯示電路就是將顯示各位的所有相同字段連在一起，每一位的a段連在一起 ，b段連在一起g段連在一起，共八段，由一個八位I/O口控制，而每一位的公共端由另一個I/O口控制，如圖1-14所示。這種連接方式由于將多位字段線連在一起，當(dāng)輸出字段碼時，由于多位同時選

32、通，每一位將顯示相同的內(nèi)容。因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必須采取輪流顯示的方式。即在某一瞬間，只讓某一位的字位線處于選通狀態(tài)（共陰極LED數(shù)碼管為低電平，共陽極為高電平），其他各位的字位線處于開短狀態(tài)，同時字位線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位暗。同樣在下一瞬時，單獨顯示下一位，這樣依次輪流顯示，循環(huán)掃描。圖1-14 動態(tài)顯示LED數(shù)碼管連接方式1.3.5 數(shù)據(jù)采集、處理、顯示部分的總電路圖下圖為數(shù)據(jù)采集，處理，顯示的總電路圖：圖1-15 數(shù)據(jù)采集，處理，顯示的總電路圖2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要分為初始化程序，主程序，顯示子程

33、序和模數(shù)轉(zhuǎn)換測試子程序，量程轉(zhuǎn)換子程序。每個功能模塊對于整體設(shè)計都是非常重要的，單片機(jī)AT89C51通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運行起來。下面，就整體設(shè)計以及每個單元功能模塊分別進(jìn)行簡要說明。其流程圖如圖2-1所示：初始化接受量程控制信號控制模擬開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理LED顯示圖2-1 主程序流程圖3數(shù)據(jù)的測量與誤差分析0-1000量程測量數(shù)據(jù)表3-1 R1=R2=，0-1000量程測量數(shù)據(jù)R1=R2=（單位）標(biāo)稱值101327100220360510620680910真 值10.313.927100.3224.4359505617693929測量值6.39.321.392.4201.4310

34、.8482592606845誤 差-38-33-21-7.8-10-13-4.4-4-12-9圖3-1 R1=R2=，0-1000量程誤差表表3-2 R1=51K，R2=510，0-1000量程測量數(shù)據(jù)R1=51K，R2=510（單位）標(biāo)稱值101327100220360510620680910真 值10.313.927100.3224.4359505617693929測量值7.511.820.488.4191.4307.6456550582805誤 差-27-15-24-11-14-14-4.4-9.5-16-13圖3-2 R1=51K，R2=510，0-1000量程誤差表3-3 R1=51

35、0，R2=51K，0-1000量程測量數(shù)據(jù)R1=510，R2=51K（單位）標(biāo)稱值101327100220360510620680910真 值10.313.927100.3224.4359505617693929測量值5.711.821.882.4188.4302.6450561580798誤 差-44-15-19-17-16-15-10-9-16-14圖3-3 R1=510，R2=51K，0-1000量程誤差表3-4 R1=1K，R2=10K，0-1000量程測量數(shù)據(jù)R1=1K，R2=10K（單位）標(biāo)稱值101327100220360510620680910真 值10.313.927100.

36、3224.4359505617693929測量值5.711.822.883.4186.1302.6449561578801誤 差-44-15-15-16-17-15-10-9-16-13圖3-4 R1=1K，R2=10K，0-1000量程誤差表3-5 R1=10K，R2=1K，0-1000量程測量數(shù)據(jù)R1=10K，R2=1K（單位）標(biāo)稱值101327100220360510620680910真 值10.313.927100.3224.4359505617693929測量值5.711.822.883.4186.4302.6449561578802誤 差-44-15-15-16-17-15-10-

37、9-16-13圖3-5 R1=10K，R2=1K，0-1000量程誤差說明：測量值為本測量儀所測的阻值，真值為數(shù)字萬用表所測的阻值。R1,R2為兩臂電阻，參考圖1-2所示。誤差=（測量值-真值）/真值*100%誤差分析：1. 選用的是0-1000的測量范圍，基準(zhǔn)電阻選用510，在這個電阻附近的誤差較小，但是不明顯。2. 兩邊電阻的誤差較大，電隔離效果不明顯。1K-100K量程測量數(shù)據(jù)：表3-6 R1=R2=，1K-100K量程測量數(shù)據(jù)R1=R2=（單位K）標(biāo)稱值1.123.616335156687582真 值1.071.993.5716.0433.349.756.16674.383.1測量值1

38、.181.573.1415.6933.7350.2566875.680.1誤 差10-21-12-21.2102.21.8-3.6圖3-6 R1=R2=，1K-100K測量誤差表3-7 R1=51K，R2=510，1K-100K量程測量數(shù)據(jù)R1=51K，R2=510（單位K）標(biāo)稱值1.123.616335156687582真 值1.071.993.5716.0433.349.756.16674.383.1測量值1.181.733.1416.0834.1250.5957.66875.683.1誤 差10-13-1.10.22.51.82.72.31.90圖3-7 R1=51K，R2=510，1K

39、-100K量程誤差表3-8 R1=510，R2=51K，1K-100K量程測量數(shù)據(jù)R1=510，R2=51K（單位K）標(biāo)稱值1.123.616335156687582真 值1.071.993.5716.0433.349.756.16674.383.1測量值1.171.733.5316.0834.1250.5957.66875.683.1誤 差10-13-1.10.242.41.82.82.31.90圖3-8 R1=510，R2=51K，1K-100K測量誤差表3-9 R1=1K，R2=10K，1K-100K量程測量數(shù)據(jù)R1=1K，R2=10K（單位K）標(biāo)稱值1.123.616335156687

40、582真 值1.071.993.5716.0433.349.756.16674.383.1測量值1.181.533.5317.0836.0851.7360.27174.685.1誤 差10-23-1.1684770.42.4圖3-9 R1=1K，R2=10K，1K-100K測量誤差表3-10 R1=10K，R2=1K，1K-100K量程測量數(shù)據(jù)R1=10K，R2=1K（單位K）標(biāo)稱值1.123.616335156687582真 值1.071.993.5716.0433.349.756.16674.383.1測量值1.181.553.5317.1836.0851.7360.27174.485.1

41、誤 差10-23-1.1684770.42.4圖3-10 R1=10K，R2=1K，1K-100K測量誤差說明：測量值為本測量儀所測的阻值，真值為數(shù)字萬用表所測的阻值。R1,R2為兩臂電阻，參考圖1-2所示誤差=（測量值-真值）/真值*100%誤差分析：1. 選用的是1K-100K量程范圍，基準(zhǔn)電阻選用51K，當(dāng)R1為51K，R2為510和R1為510，R2為51K時，基準(zhǔn)電阻附近電阻誤差很小，隔離效果不錯。2. 選用R1為10K，R2為1K和R1為1K，R2為10K時，基準(zhǔn)電阻附近電阻誤差比其前兩組數(shù)據(jù)略為偏大，隔離效果一般。3. 在這個量程范圍的電阻誤差總體都保持在10%之內(nèi)，電隔離效果明

42、顯。100K-10M量程測量數(shù)據(jù)：表3-11 R1=R2=，100K-10M量程測量數(shù)據(jù)R1=R2=（單位M）標(biāo)稱值0.110.560.821233.66.28.29.1真 值0.100.550.830.9932.033.013.56.138.39.2測量值0.140.570.861.022.073.023.66.358.38.7誤 差403.63.62.71.903.63.50-5.7圖3-11 R1=R2=，100K-10M測量誤差表3-12 R1=51K，R2=510，100K-10M量程測量數(shù)據(jù)R1=51K，R2=510（單位M）標(biāo)稱值0.110.560.821233.66.28.29

43、.1真 值0.100.550.830.9932.033.013.56.138.39.2測量值0.140.660.921.152.313.254.17.058.99.6誤 差40199.915137.917156.64.8圖3-12 R1=51K，R2=510，100K-10M測量誤差表3-13 R1=510，R2=51K，100K-10M量程測量數(shù)據(jù)R1=510，R2=51K（單位M）標(biāo)稱值0.110.560.821233.66.28.29.1真 值0.100.550.830.9932.033.013.56.18.39.2測量值0.140.660.921.152.313.254.17.08.99.6誤 差40199.915137.917156.64.8圖3-13 R1=510，R2=51K，100K-10M測量誤差表3-14 R1=1K，R2=10K，100K-10M量程測量數(shù)據(jù)R1=1K，R2=10K（單位M）標(biāo)稱值0.110.560.821233.66.28.29.1真 值0.100.550.830.9932.033.013.56.18.39.2測量值0.140.620.981.212.213.193.86.88.89.5誤 差401211.1178.85.98.4115.63.2圖3-14 R1=1K，R2=10K，100K-10M測