简易自动电阻测试仪(1).doc

精品文档 2011年全国（湖南赛区）大学生电子设计竞赛作品简易自动电阻测试仪 (G题)摘 要本系统采用STC89S52单片机作为核心控制器，通过A/D转换芯片将阻值转换成数字信号并进行处理，控制多个继电器切换不同的电阻测量电路，实现量程的自动转换。同时，系统具有自动筛选电阻功能，并可通过LCD显示屏12864方便直观地显示被测电阻阻值以及待筛选的电阻阻值，及电位器旋转角度及其阻值间的关系。系统采用运放CA3140构成的串联分压法测来测量电阻阻值，精度达到了1%，效果好。关键词：STC89S52；运放；串联分压法；LCD；A/D简易自动电阻测试仪一、方案设计与论证1.方案设计方案一： 采用电阻桥来测量未知电阻，图1所示. 图1 电桥测量电阻测量原理：I1 RX = I2 R1 I1 R0 = I2 R2 得到：可知未知电阻与其他臂的电阻阻值成正比。方案二：采用恒压源与运放来测量未知电阻，如图2所示图2 恒压源测量电阻测量原理：得到：可知未知电阻与输出电压成正比。方案三：采用恒流源来测量未知电阻，如图3所示. 图3 恒流源测量电阻测量原理： 可知未知电阻与输出电压成正比。方案四：采用串联分压法测电阻,R为标准电阻,、为测量电压值，如图4所示。图4 串联分压法测电阻测量原理： 得到：2.方案论证方案一的测量结果可以很精确，但是在10k10M之间，由于范围太宽，相差1000倍，电阻桥不容易调平衡，不平衡就测不准,故该方案不采用。方案二与方案三均是采用运放的反相端输入，运放的高输入阻抗不易得到体现，特别是电阻在10M测量的时候误差很大，故该方案不采用。方案四采用双运放构成的串联分压法测电阻，信号从同相端输入，阻抗高，精度高；每次测量的值可与标准值比较，数据准确度高3.方案选定综上所述，方案四精度高，稳定性好，效率高，能够满足系统设计的要求，所以选择方案四。二、理论分析与计算1.电阻测量原理电阻测量原理采用双运放构成的串联分压法测电阻，其待测电阻表达式为： 。其中是标准电压，是测量电压，是标准电阻。故的变化可直观反应待测电阻的大小。2.自动量程转换与筛选功能用单片机STC89S52软件编程来自动控制继电器实现电阻的自动转换量程和筛选功能，具体实现见软件流程图设计部分。3.电位器阻值变化曲线装置设计用步进电机来实现控制电位器的旋转，假设电位器的旋转角度范围是0225，则将其分为25等分，即每旋转9记录当前阻值，并送出显示阻值，画出曲线。其装置设计如图5所示。横坐标表示角度，纵坐标表示阻值，如下图6所示。步进电机电位器电阻测试装置主控制电路显示装置图5 电位器阻值变化曲线装置设计图6 电位器阻值随角度变化曲线三、电路设计1.系统框图本系统主要由单片机，电阻测试仪、A/D转换电路、电机、键盘、液晶显示、稳压电源等模块组成。框图见下图7所示。图7 系统设计框图2.系统描述将待测电阻接入电路测量仪可测出阻值，将该阻值进行A/D转换送入单片机处理，判断该阻值是否是用户需要的电阻，并且可自动转换量程开关，通过液晶LCD显示测量的阻值。倘若是电位器，还可由步进电机转动控制电位器来测量电位器电阻的变化，可通过LCD来显示阻值随角度转动的曲线。3.电路图介绍（1）稳压电源模块根据系统设计需求，需要用到5V,12V两种电源，用开关型稳压器LM2576来构成。其中5V为单片机供电，为运放CA3140提供正负电源，12V为步进电机提供电源，电路如图8所示。图8 电源电路图（2）电阻测试模块本系统采用高输入阻抗CA3140构成的串联分压法测电阻，测量精度高。在软件中，用继电器来自动转换量程开关，电路如图9所示。图9 电阻测试模块（3）A/D转换电路A/D转换采用12位的AD7705来实现将测量的阻值转换为数字信号，精度高，准确性好，电路如图10所示。图10 A/D转换电路（4）电机驱动模块电机驱动模块采用电机驱动芯片LN297和LN298来控制步进电机。输入的信号用光耦TLP512-5送入LN297，很好的隔离了输入与输出信号，抗干扰能力强，电路如图11所示。图11 电机驱动模块（5）键盘模块键盘采用用4*4的矩阵键盘构成16个按键。按键功能分为数字键和功能键。数字键有10个，分别是：09十个数字；功能键有6个，分别是：向上、向下、向左、向右、确定、返回。（6）液晶显示模块液晶采用具有中文显示的12864的LCD模块，使用方便，简单，电路如图12所示。图12 液晶显示模块四、软件设计根据系统设计要求，程序分为三大模块，模块一是测电阻阻值，模块二是筛选电阻，模块三是画电阻曲线，这三种模式的运行用按键来判别。系统流程图如图13所示，筛选电阻流程图如图14所示。开始液晶屏初始化定时器初始化测试电阻值返 回读按键值判别按键模式筛选电阻画电阻曲线Key=1Key=2Key=3图13 系统流程图YN设定待筛选阻值及误差范围显示阻值和筛选结果测量阻值比较两值是否在误差范围内？选中放弃图14 筛选电阻流程图五、系统测试方案与结果1.测试方案（1）电阻测试方案：系统参数的测试时取用了几个标准高精度的电阻来作为待测电阻，阻值分别为100 、1k、 10k、 10M四个，将测量结果与标称值比较，看是否符合系统要求，测试结果见表1所示。（2）电阻筛选方案：分别选取不同大小的电阻，阻值范围在100 、1k、 10k、 10M量程范围内各选1个电阻进行筛选，看系统是否能自动筛选，并显示阻值，测试结果见表2所示。2.测试结果测试时，将待测电阻放入待测位置，读出电阻阻值，和标准值比较结果如表1所示。表1 待测电阻值与标称电阻值标称电阻值（）实测电阻值（）误差允许误差5655.60.40.7 976974211 2.25K2.22K0.03K0.04K 360K358K2K5K 4M3.95M0.05M0.06M 结论：误差1%,符合系统要求表2 自动筛选电阻表格键盘输入结果电阻值误差值系统测量电阻值是否符合筛选要求10010%98.7OK1k15%976OK10k1%9.75NG5M2%5.23NG结论：符合筛选要求六、结论简易自动电阻测试系统可以实现以下功能:1、能测量电阻范围从10010M中的任意电阻，并显示其阻值； 2、有自动筛选电阻功能3、测试误差为1%，达到了系统设计要求的误差范围经系统测试，本设计制作完成了题目要求的基本部分的全部要求和发挥部分的大部分要求。 七、参考文献1 楼然苗，李飞光. 单片机课程设计指导. 北京. 北京航空航天大学出版社，2007.72 周惠潮，孙晓峰. 常用电子器件及典型应用.北