简易自动电阻测试仪 精品.doc

简易自动电阻测试仪一、选题背景现代电子产品正以前所未有的速度，向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向发展。本次设计出具有四档量程的简易自动电阻测试仪，量程分别为100、1k、10k、10M四档，难点在于小电阻的测量精度。测量时电阻值为3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和2字单位，如98.7欧姆，并实现前三档的自动量程转换。在本设计中我们着重介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f，然后采用单片机控制后，再通过程序处理运算求出R，最后应用LCD12864显示的方法。量程自动转换原理分别是RC振荡电路和LM555多谐振荡器，这样就能够把待测电阻转换为频率，而频率f是单片机很容易处理的数字量。目前市面上测量电子元器件参数R的仪表种类较多，方法和优缺点也各有不同。一般的测量方法都存在计算复杂，不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点。将电阻参数转化为频率，这样处理一方面使测量精度提高了，另一方面也便于使仪表实现智能化，并能很好的实现各个要求。二、方案论证2.1方案论证与比较方案一：最基本的就是根据 R 的定义式来测量。在如图2-4中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图2-5所示。这种测量方法的精度变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。 图2-1 定义法测电阻 图2-2 万用表测电阻方案二：把电阻转换成频率信号 f ，转换的原理分别是 RC 振荡电路和555 电路，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率，通过公式计算出各个电阻参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把电阻的值送显示部分显示出相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。总结：通过精确度以及方便使用的角度考虑， 方案二的方法更好。2.2设计思路2.2.1 总体方案组成和说明本系统的电路设计方框图如图2-2所示，它由四部分组成： 控制部分主芯片采用单片机AT89C51；测量部分主要是采用利用RC振荡电路和555振荡电路实现将被测电阻转换为频率；通道选择部分主要是通过51单片机I/O接口控制继电器来自动选择被测频率的档位； 显示部分是通过LCD12864、二极管指示灯及按键选择测量电路。测量电路被测电阻RC振荡电路继电器选择通道量程51单片机二极管指示灯LCD12864显示按 键 选 择测 量 电 路图2-3系统设计框图2.2.2 组成部分及说明第一，控制部分（1）分析说明：本设计以单片机为核心，采用AT89C51单片机，利用其管脚特殊的功能以及具备的中断系统，延时程序来控制换挡，以及12864液晶屏的显示等等功能。（2）原理图图2-4单片机最小系统第二，测量部分（1）计算分析：RC振荡电路时利用555振荡电路实现被测电阻的频率，通过51单片机的I/O接口的自动识别量程，来实现自动测量。（2）原理图图2-5 LM555振荡电路第三，通道选择部分（1）分析说明：本设计通过单片机控制来控制继电器的自动选择，继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 （2）原理图图2-6 继电器自动选择第四，显示部分（1）分析说明：使用12864液晶显示屏,具有画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，可以显示4行字，符合本次设计任务的要求。（2）原理图图2-7 12864显示三、设计实现3.1 测量电路设计根据题目要求，采用555多谐振荡电路，将电阻量转换为相应的频率信号值。考虑到单片机对频率的灵敏度，具体的讲就是单片机对10HZ10KHZ的频率计数精度最高。所以要选用合理的电阻和电容大小，同时又要考虑到不能使电阻的功率过大。所以首先要确定对应档位时适合的频率，然后在确定电阻或电容值，从而算出4个电阻和电容的值以及对应频率范围。电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。 555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1，得出：即，求出Rx表3-1 振荡测量电路对应量程参数档位电阻R1电容C1频率范围0100R1=200 C1=4.7uF7661543HZ1001KR2=15KC2=10nF84879492HZ1K10KR3=20KC3=10nF36066568HZ10K10MR4=10M C4=4.7pF1093016387HZ3.2 通道选择电路设计利用实现测量CD4052类别的转换，CD4052是差分4通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。表3-2 CD4052真值表INHIBITBA0000x,0y0011x,1y0112x,2y0113x,3y1xxNone该电路通过CD4052双向模拟开关控制量程的自动切换，直到进入适当的量程为止。电路流程图如下：检测被测电阻阻值RC振荡转换电路调用量程判断程序CD4052开关最高量程吗？超量程吗？升量程降量程超载报警图3-3量程自动转换流程图注：实际测试时由于CD4052出现问题，我们改用继电器实现量程转换，但原理相同。3.3 控制电路设计本设计使用单片机为核心部件，来控制换挡以及显示。以下是单片机管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表1所示：表1 P3特殊功能口P3口引脚第二功能P3.0RXD（串行口输入）P3.1TXD（串行口输出）P3.2INT0（外部中断0输入）P3.3INT1（外部中断1输入）P3.4T0（定时器0外部脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部脉冲输入）P3.6WR（外部数据存储器写脉冲输出）P3.7RD（外部数据存储器读脉冲输出）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.4 显示电路系统的显示部分采用OCM12864液晶显示模块。3.5 软件设计系统通过频率来控制量程自动切换，并根据RC振荡频率公式换算成对应的电阻，然后再控制显示模块输出。YesNO 初始化通过采样中断计算频率计算R的值通过R的范围，确定档位12864显示判断是否在规定频率内开始结束后两个继电器至高，其它至低图3-2 程序设计流程图四、测试及结果分析4.1 测试方法及使用的仪器测量方法：采用555多谐振荡电路，将电阻量转换为相应的频率信号值。再利用单片机及有关程序对范围的选择，显示侧量出数值。测试使用的仪器设备：数字万用表、示波器。4.2 指标测试和测试结果表4.1.2 测试结果对照分析表档位测量值测量值实际值010023141001K7682311K10K5614550110K10M8978K8870K五、结论本设计实现了一种利用51单片机实现的简易电阻测试仪，基于单片机和量程自动切换电路的控制系统，能够根据待测电阻的大小实现适当频率的控制，再分别采样频率，通过程序计算待测电阻Rx并在12864液晶上显示。并且测量的数据结果较稳定。设计过程中出现问题有以下：1. 在测量振荡电路中电阻和电容值时，由于单片机对10HZ10KHZ的频率计数精度最高。所以要选用合理的电阻和电容大小。同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，这样给我们计算带来了很多的麻烦。2.我们接收到频率较高，所以通过电路很难控制精确度，产生的误差比较大。3CD4052是差分4通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。但是其频率较高不能自动换挡，最终我们选择了继电器来显示代替CD4052来自动换挡的功能。 4、在实验过程中时常有捉襟见肘的感觉，一方面是理论不足，很多好的方案，好的思想由于理论的匮乏，无法理解，也不能使用，在以后的学习过程中理论的学习始终是重点；还有就是程序的问题，由于编程水平跟不上，加上思路也不清晰，导致程序的编写存在很大的问题，好的思想，无法在程序中展现出来，这也是以后需要加强的地方。六、致谢在做的这段时间里，我学会了很多知识，同学之间的团结互助，老师孜孜不倦的教导，使我们感受了老师们认真负责的态度，毕业的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。附录附录1: 主要元器件清单单元电路元器件型号及大小数量5V电源电路变压器220V1个整流桥2W102个电解电容2200UF2个电解电容2200UF2个元片电容1044个三极管78051个三极管79051个电阻5102个发光二极管2个插针若干多路选择继电器继电器943-1C-SDS8个三极管C80508个电阻1K8个二极管8个插针若干单片机最小系统芯片AT89C511个晶振11.0592MHZ1个电容22PF2个电容10 UF1个按钮开关SW-PB1个电阻10K1个电阻1K1个插针若干555振荡电路LM5551个电阻4个RC振荡电路4个未知电阻附录2：程序清单/*12864子程序*/#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int /宏定义/*12864接口定义*/sbit LCD_RS = P20; /1:输入数据 ；0:输入命令 sbit LCD_RW = P21; /1:读数据 0:写数据sbit LCD_EN = P22; /LCM使能端#define LCD_DATA P1 /12864总线端口 /*LCD功能初始化指令*/#define CLEAR_SCREEN 0x01 /清屏指令：清屏且AC值为00H#define AC_INIT 0x02 /将AC设置为00H。且游标移到原点位置#define CURSE_ADD 0x06 /设定游标移动方向（默认游标右移）#define FUN_MODE 0x30 /工作模式：8位基本指令集#define DISPLAY_ON 0x0c /显示开,显示游标，且游标位置反白#define DISPLAY_OFF 0x08 /显示关#define CURSE_DIR 0x14 /游标向右移动:AC=AC+1#define SET_CG_AC 0x40 /设置AC，范围为：00H3FH#define SET_DD_AC 0x80/*汉字地址表*/uchar code addr_tab= /便于根据汉字坐标求出地址 0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,/第一行汉字位置 0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97, /第二行汉字位置 0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f, /第三行汉字位置 0x98,0x99,0x9a,0x9b,0x9c,0x9d,0x9e,0x9f, /第四行汉字位置;/*n（ms）延时子程序*/void delayms(uint t) /约延时n（ms） uint i; while(t-) for(i=0;i0) Lcd_WriteData(*s); /写数据 delayms(1); s+; void display1(void)hanzi_Disp(0,0,欢迎使用自动电阻);hanzi_Disp(1,0,*测试仪*); hanzi_Disp(2,0,请您开始测量电阻);void display2(void)hanzi_Disp(0,0,您所测电阻范围为); hanzi_Disp(1,0,*0999欧*); 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