毕业设计---简易自动电阻测试仪的设计

1、 天津电子信息职业技术学院毕 业 设 计课题名称 简易自动电阻测试仪的设计 姓 名 侯明亮 学 号 22 班 级 汽电s10-1 专 业 汽车电子 所 在 系 电子技术系 指导教师 李明 完成日期 2011年12月25日 天津电子信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书课题名称： 简易自动电阻测试仪的设计 完成期限：2011 年 10 月 31 日至 2011 年 12 月 25日姓 名 侯明亮 指导教师 李明 专 业 汽车电子 职 称 讲师 所在系 电子技术 系 主 任 刘松 接受任务日期2011/10/31 批准日期 2011/10/31 一、原始依据（资料）：刘松 曹金玲 单片机技术与应用

2、 天津电子信息职业技术学院 智能电子智能pid调节器的设计及应用传感器技术二、设计（论文）内容和要求：设计内容：本系统对于不同的量程分别采用恒流源测阻电路、分压法测阻电路和惠更斯桥i/v变换测阻电路进行电阻测量，充分的发挥出不同电路不同量程的工作特点，并且在软件上进行了校准。本自动电阻测试仪恒流源以及稳压电路由ca3140、tl431等元器件实现，由atmega128高速单片机为主控制器，通过其内部自带10位ad转换器的a/d转换，对被测电阻两端电压信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过lcd液晶显示屏显示电阻的大小。该自动测试仪能够较精确的测量110m范围内的电阻，其测量误差为1%，是一个

3、简单易用的电阻测试仪方案。该系统有，能够自动换档，筛选电阻，并且绘制电阻变化曲线。实现了测量准确度为（1%读数2 字）的三位有效数字显示的简易自动电阻测试仪。通过偏置电源的改进提高了精度，又通过软件算法的改进再次提高了精度，对22个范围在010m电阻的反复测试，证明了该系统测量精度的明显改善。设计要求： 该简易自动电阻测试仪系统实现了测量准确度为（1%读数2 字）的三位有效数字显示。通过偏置电源的改进第一次提高了精度，又通过软件算法的改进再次提高了精度，对22个范围在010m电阻的反复测试三、建议查阅的技术资料：【1】刘松 曹金玲 单片机技术与应用 天津电子信息职业技术学院【2】金发庆等编.

4、传感器技术与应用.北京机械工业出版社,2002 【3】刘伯春智能pid调节器的设计及应用电子自动化，1995；(3)：2025 【4】赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51 单片机的温度测量系统j. 微计算机信息，2007，1-2：146-148。【5】led市场受节能减排利好 关注度持续飙升.中国经济网（北京）,2010/11/12【6】led所涉及领域应用及研究报告,2010/11/24天津电子信息职业技术学院 页号（1）毕业设计（论文）进度计划表序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签字12011.10.31-2011.11.6分析课题 搜集资料分析课题 搜集资料22011.11.7

5、-2011.11.13硬件设计硬件设计32011.11.14-2011.11.20软件设计软件设计42011.11.20-2011.12.25总结并撰写论文总结并撰写论文567系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）注：1.本任务书由指导教师填写。 2.签字部分用笔填写,其余各项均要求打印。（宋体、小4号字）毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目简易自动电阻测试仪的设计学生姓名侯明亮系别电子技术系专业、班级汽电s10-1指导教师李明职称讲师工作单位天津电子信息职业技术学院指导教师职称工作单位实践地点天津电子信息职业技术学院交表日期毕业

6、设计(论文)开题报告内容要求：课题的意义、现状及发展趋势。课题的研究内容、研究方法、研究手段、研究步骤。课题所需的参考书目等。注：开题报告占毕业设计(论文)总成绩的10% 。一、课题的意义、现状及发展趋势1、意义该简易自动电阻测试仪系统实现了测量准确度为（1%读数2 字）的三位有效数字显示。通过偏置电源的改进第一次提高了精度，又通过软件算法的改进再次提高了精度，对22个范围在010m电阻的反复测试，证明了该系统测量精度的明显改善。2、现状电子信息技术已经成为新一代汽车发展方向的主导因素，尤其是单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。机动车的动力性能、操控性能、安全性能

7、和舒适性能等各个方面的改进和提高，都将依赖于机械系统及结构和电子产品、信息技术间的完美结合。3、发展趋势 智能电子已经经历了几个发展阶段：从分立电子元器件搭建的电路监测控制，经过了电子元器件或组件加微处理器构筑的各自独立的、专用的、半自动和自动的操控系统，现在已经进入了采用高速总线（目前至少有5种以上总线已开发使用），统一交换汽车运行中的各种电子装备和系统的数据，实现综合、智能调控的新阶段。新的汽车电子系统由各个电子控制单元组成，可以独立操控，同时又能协调到整体运行的最佳状态。天津电子信息职业技术学院 页号（1）二、课题的内容、研究方法、研究手段及研究步骤1.课题的内容（1）atmega128

8、高速单片机的使用（2）lcd液晶显示（3）步进马达采用a3977八细分驱动电路2. 课题研究方法 通过老师讲解了解atmega128高速单片机的接口顺序，lcd液晶显示器的原理，步进电机的工作原理。查阅资料，认真学习。3.课题研究手段对于不同的量程分别采用恒流源测阻电路、分压法测阻电路和惠更斯桥i/v变换测阻电路进行电阻测量，充分的发挥出不同电路不同量程的工作特点，并且在软件上进行了校准。4.研究步骤atmega128的特点研究方案的初步制定制定出成熟的研究方案,并开始着手设计三、课题所需书目 张毅刚.单片机原理及应用m.高等教育出版社.2004年1月，第1版：137-156. 金发庆等编.

9、传感器技术与应用.北京机械工业出版社,2002 刘伯春智能pid调节器的设计及应用电子自动化，1995；(3)：2025 赵娜，赵刚，于珍珠等.基于51 单片机的温度测量系统j. 微计算机信息，2007，1-2：146-148。led市场受节能减排利好 关注度持续飙升.中国经济网（北京）,2010/11/12led所涉及领域应用及研究报告,2010/11/24指导教师审核意见：签字： 年 月 日系毕业设计（论文）领导小组审阅意见：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院 页号（2）注：本报告由学生本人填写（打印、宋体、小4号字）。毕 业 设 计（论 文）系别电子技术系专业班级汽电s10-

10、1姓名侯明亮班级学号43毕业设计（论文）题目：简易电阻测试仪的设计毕业设计（论文）评语： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计（论文）总评成绩：系主任签字：年 月 日天津电子信息职业技术学院教务处摘要：本系统对于不同的量程分别采用恒流源测阻电路、分压法测阻电路和惠更斯桥i/v变换测阻电路进行电阻测量，充分的发挥出不同电路不同量程的工作特点，并且在软件上进行了校准。本自动电阻测试仪恒流源以及稳压电路由ca3140、tl431等元器件实现，由atmega128高速单片机为主控制器，通过其内部自带10位ad转换器的a/d转换，对被测电阻两端电压信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过lcd液晶显示屏显

11、示电阻的大小。该自动测试仪能够较精确的测量110m范围内的电阻，其测量误差为1%，是一个简单易用的电阻测试仪方案。该系统有，能够自动换档，筛选电阻，并且绘制电阻变化曲线。实现了测量准确度为（1%读数2 字）的三位有效数字显示的简易自动电阻测试仪。通过偏置电源的改进提高了精度，又通过软件算法的改进再次提高了精度，对22个范围在010m电阻的反复测试，证明了该系统测量精度的明显改善。关键词：atmega128 稳压源 恒流源 继电器 电阻分压原理目 录一、系统方案11、方案描述12、比较与选择1二、电路与程序设计41、电源电路42、跟随器电路53、控制电路64、掉电记忆模块65、分压法测试电路76

12、、步进马达驱动电路97、小电阻测量选择方案三恒流源注入式（伏安法）108、电位器阻值变化曲线装置11三、系统软件设计12谢辞17参考文献18一、系统方案1、方案描述图1 系统硬件图简易自动电阻测试仪由5大部分构成：（如图1）1）、电源向检测电路提供+-12v,+5v模拟电源和+5v数字电源，模拟地与数字地被光耦隔离。2）、模拟放大电路有三部分构成，第一部分是100档的恒流源测阻电路，第二部分是1k，10k分压法测阻电路，第三部分是1m.档的惠更斯桥i/v变换测阻电路。3）、步进马达采用信农200步，每步1.8度。驱动器采用a3977八细分驱动电路。4）、数据采集系统采用atmega128l单片

13、机。5）、lcd240642、比较与选择对于电阻的测试方法，一般可以从以下几个方面入手：1)、四线测电阻法：为减少接触电阻对测量结果的影响,用一对线通电流(接触电阻对电流的测量无影响),用另一对线测电位(通过的电流很少,接触电阻对电位的影响可忽略)。此方法适用于10欧姆以下的小电阻两个电压端两个电流端。2)、恒流源测电阻法（伏安法）（如图2）图2恒流源测电阻电路照电路分析，运放6脚输出应该是-5v，如果是+5v的话，三极管就不会导通，电阻rx上也就没有电流了，运放6脚输出-6v，那么三极管的e电压就是-4.3（理想状态下三极管的be之间的压降问0.7）那么电阻r两端的电压为5v+4.3v=9.

14、3v,由欧姆定律可以算出电阻r流过的电流为ie=9.3v/r，所有流过电阻rx的电流是恒定的，既恒流源，由于三极管ie约等于ic，有万用表测出u0，根据欧姆定律得：r=u0/ie制作一个稳定精准的恒流源，使恒定电流i注入到rx上。得到vrx。利用欧姆定律可以算出rx=vrx/i。这种测量方法能最大限度的发挥adc的精度，所以相应的测量量程比较宽。此外vrx与rx成线性关系，计算电阻rx方便可行。适用于测试10欧姆以下的小电阻。方案选择：由于小电阻测量恒压源比较难以稳定，我们选择小电阻测量用恒流源，大电阻测量用恒压源测量。3)、分压法（如图3）是一种最基本的测阻方法，成本低，测试范围宽泛，但是由

15、于参考电阻精度不高，温度漂移，偏置电源精度等影响，不会有较高的精度。图3 分压法电路图4)、惠更斯桥电路测试法（如图4）图4 惠更斯桥电路法电路图惠更斯桥电路广泛应用在各种电阻测试场合，适用于电阻类型传感器、i/v变换等场合。电阻桥输出电压与rx任然为非线性关系，且只在rx与r比较接近的时候才能得到精确的rx。这样测量的量程就非常有限。在10倍量程跨度难以保证1%精度。题目涉及到四个量程，100，1k，10k，1m，基于以下几个方面考虑测试电路的选择：对于100小量程的测试方案可以选择四线测电阻法和恒流源测电阻法，测试10欧姆以下的电阻时候为了测试精度我们需要采用四线方式,但是在10欧姆以上的

16、电阻我们一般不采用四线方式.一般测试表笔电阻为欧左右，采用四线方式可以有效的抑制线阻四线并不麻烦四线采用四线表笔测试就可以了！如果采用多点扫描方式四线的扫描速度要比二线明显慢很多！所以，在100量程档位采取恒流源测电阻法。对于1k，10k量程的测试方案选择分压测电阻法是最优的。对于1m.量程的测试方案选择惠更斯桥i/v变换测阻电路。可以减少由于大电阻的积分效应，增加测试速度，达到10次每秒。二、电路与程序设计1、电源电路图5 电源电路图由典型可调电源芯片lm317和lm337构成，可产生+-12v电压。2、跟随器电路图6 跟随器电路3、控制电路图7 atmega128l 管脚图考虑到该系统控制

17、口线比较多，我们选择美国atmel公司的高性能、低功耗的 avr 8位微处理器，型号为atmega128l。其具有宽范围工作电压2.75.5v，因此具有较高的抗干扰能力。具有53个i/o接口，基本满足了系统对口线的要求。具有128kbyte flash rom,可以为240*64点阵的lcd提供丰富的字库与图形界面支持。以atmega128l为主控芯片及外围的5大功能模块组成（图1）。4、掉电记忆模块图8 掉电记忆模块掉电记忆模块如图8所示，图中的vcc为单片机提供了电源， 2支3300uf电容和1支in4007的二极管构成了储能电路，而+5v专门为lcd的背光供电。如果出现了意外的掉电，首先

18、+5v由于lcd背光的消耗电压会快速下降，通过10k电阻将cpu的外部中断管脚迅速拉低。单片机立刻进入中断程序，在中断程序中将现场的各种数据都存入512byte的eeprom中,同时储能电路将为单片机保存数据提供虽然短暂但却足够使用的能量，两只3300uf电容大约能够支持100ms的时间。实践证明该电路工作可靠，不但可以实现掉电记忆的功能，而且可以提高单片机的抗干扰能力，对于尖峰和毛刺电压具有平坦滤波的作用。5、分压法测试电路把一个已知的电阻和被测电阻串联起来，加上一定的电压，在串联节点上能够测得一个分压。此分压v=e*rx/(rx+r)。如图9：图9 1k和10k档分压法测试电路此电路误差主

19、要取决于恒压源和参考电阻的精度及稳定度，公式为v=e*rx/(rx+r)，被测电压随被测电阻变化的特性曲线为非线性变化。通过单片机控制三极管基极电压，驱动继电器的吸合和断开从而切换各电阻量程。用测得的分压和已知的条件就可以算出被测电阻的值。其曲线为：图9a如果电压测量范围为线性，那么由于电压测量的误差导致电阻测量的误差是非线性的。其误差曲线为：图9b 可以产出这种测量方法的误差取决于电压测量的误差，以及参考电阻r和电源电压e。而这样要满足题目要求的精度，参考电阻r的取值必须为高精度低温票电阻，电压源必须为高精度恒压源。6、步进马达驱动电路图10 步进马达测试驱动电路（试验用，后来被a3977替

20、代）步进马达测试驱动电路,使用uln2003,该电路是试验用，因为需要控制节拍比较麻烦，后来被a3977驱动器所取代。图11 a3977驱动芯片内部结构表1 混合式步进电机sst59d5250参数本系统的x轴驱动选用型号为sst59d5250（参数见表1）混合式步进电机，x轴混合式步进电机控制电路。其主控芯片a3977是美国allegro公司于2001年推出的一款集成译码器和驱动器的细分步进电机驱动芯片，此款芯片具有较高性价比，大约每片30元人民币左右。a3977最少只需两个端口（步进脉冲、方向）即可，是专门用于双极型步进电机的微步进电机驱动集成电路，工作电压35v,根据实验我们发现供电电压为

21、30v时工作有更低的温升，并且没有发现明显的扭力损失，而且考虑到30v更低于安全电压门限36v，我们决定选用30v供电电压。每一相h桥标称电流2.5a,最大输出功率可接近90w。它主要的设计功能包括:自动混合模式电流衰减控制，pwm电流控制，同步整流，低输出阻抗的dmos电源输出，可以使步进电机工作在整步、半步、1/4步和1/8步方式。a3977的控制方式是恒流控制，芯片内部的脉宽调制恒流斩波电路控制电机绕组电流，外部的阻容回路设置斩波周期中的关段时间。rs1和rs2，两个用于pwm恒流控制的电流采样电阻，此电阻应选用无感电阻。阻值的计算参照以下公式：rs = 0.5 / itripmax,一

22、般选择0.22欧姆/2瓦，精度不低于千分之一。在我们的额定工作条件下，该步进电机不失步，并且有一定的驱动能力最大转速在350rpm。考虑到一些因素，保守的最大工作转速为300rpm。我们的丝杆螺纹间距是3mm，可以推算出横向限位滑块每分钟可靠的最大运行速度是900mm/min，即每秒15mm。7、小电阻测量选择方案三恒流源注入式（伏安法）图12恒流源注入式（伏安法）电路图原理如图所示tl431的阴极和阳极之间产生精准的2.5v电压。这样运放ca3140 的电压为12v-2.5v=9.5v，通过电阻r5的电流为i=2.5v/100=25ma,这样通过被测电阻rx的电流也为25ma，被测电阻的电压为u=25ma*rx,被测电压通过一级跟随器输出到单片机自带10位ad进行模数转换，此电路存在的理论误差为参考源2.5v的精度，参考电阻的精度及温度稳定度，由于被测电压随被测电阻变化的特性为线性变化，所以两者的精度可以利用软件进行调整。大电阻测量选择方案一电阻分压测量法8、电位器阻值变化曲线装置步进电机带动电位器