单片机课程设计电阻测量

1、课程设计报告课程名称 :单片机课程设计设计题目 ：电阻测量院系： 通信与控制工程系专业：通信工程班级：学生姓名 :学号 :08409212起止日期 :指导教师 :教研室主任：摘要本设计电阻测量是利用 A/D 转换原理，将被测模拟量转换成数字量 ,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大规模的A/D 转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明 显优于指针式万用表。其中， A/D 转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电 路产生控制信号，按规定的时序将 A/D 转换器中各组模拟开关接通或断开，保证 A/D 转换正常进行。 A/D

2、 转换结果通过计数译码电路变换成 BCD码，最后驱动显示器显示 相应的数值。本系统以单片机 AT89C52为系统的控制核心 ,结合 A/D转换芯片 ADC0809 设计一个电阻测量表， 能够测量一定数值之间的电阻值， 通过四位数码显示。 具有读 数据准确，测量方便的特点。关键词：单片机 ( AT89C52) ； 电压； A/D 转换； ADC0809目录设计要求 01、方案论证与对比 01.1 方案一 11.2 方案二 01.3 方案对比与比较 错误! 未定义书签。2、系统硬件电路的设计 12.1 振荡电路模块 12.2 A/D 转换电路模块 22.2.1 主要性能 22.2.2 ADC080

3、9 芯片的组成原理 32.2.3 ADC0809 引脚功能 32.3 主控芯片 AT89C52模块 42.3.1 主要功能特性 52.3.2 主要引脚功能 52.4 显示控制电路的设计及原理 73、程序设计 83.1 初始化程序 83.2 主程序 93.3 显示子程序 93.4 A/D 转换测量子程序 104、调试及性能分析 104.1 调试与测试 104.2 性能分析 115、元件清单 126、总结与思考及致谢 错误! 未定义书签。参考文献 121 / 22附一：原理图 15附二：程序 15设计要求电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压） 测量 100,1k,4.7k,10k,2

4、0k 的电阻阻值，由数码管显示。 测试：误差 10%。1、方案论证与对比1.1 方案一 利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄， 即脉冲的宽度 Tx与 Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波 （以下称为时钟 脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参 数合适，便可实现测量电阻。 计数控制电路输出的脉冲宽度 Tx 应与 Rx成正比，其电 路原理图及具体 555 单稳态触发器的构成及仿真如图 1 所示。用 555 构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度 Tx 与 Rx 的函数 关系是：TXR CX ln3所产生的时间误差可能

5、达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差， 测量是的时间延迟太大图 1 方案一原理图1.2 方案二用 ADC0809 电阻测量，以一个 1K 的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分压，分压比例得出电阻比例R1 =V1R2 V 2用 ACD0809测量电阻时间误差为 %10以下，分辨率高，输出能与 TTL 电平兼容 其原理图如图 2 所示。图 2 方案二原理图1.3 方案对比与比较 由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压， 测量 100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差 10%。通过比较 以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所

6、以选用方案二作为实验方案。2、系统硬件电路的设计2.1 振荡电路模块 振荡电路通过这两个引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取 33pF），这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如图3 所示8051XTAL1XTAL2C1图 3. 振荡电路2.2 A/D 转换电路模块ADC0809是采用逐次逼近式原理的 A/D 转换器。ADC0809的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存 器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存 器复位。下降沿启动 A D转换，之后 EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直

7、到 A D转换完成， EOC变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁存器，这 个信号可用作中断申请。当 OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量 输出到数据总线上， 9 电路图如图 4所示。图 4 A/D 转换电路原理图2.2.1 主要性能1 分辨率为 8 位二进制数。2 模拟输入电压范围 0V5V，对应 A/D 转换值为 00HFFH。3 每路 A/D 转换完成时间为 100 s。4 允许输入 4 路模拟电压，通过具有锁存功能的 4 路模拟开关，可以分时进行 4 路 A/D 转换。5 工作频率为 500kHz, 输出与 TTL 电平兼容。2.2.2 ADC0809 芯片的

8、组成原理具体设计要求如图 5所示，它是由地址锁存器、 4路模拟开关、 8位逐次 A/D转 换器和三态锁存输出缓冲器构成。由 3 位地址输入线 ADDRA、ADDRB、ADDRC 决 定 4 路模拟输入中的 1 路进 8 位 A/D 转换器，A/D 转换值进入三态锁存输出缓冲器暂 存，在CPU发来输出允许控制信号 OE后，三态门打开，经 DB7DB0进入 CPU总 线，完成一次 A/D 转换全过程。图 5 A/D 转换电路原路图2.2.3 ADC0809 引脚功能ADC0809 采用 28 引脚的封装，双列直插式。 A/D 转换由集成电路 ADC0809 完 成。ADC0809具有 8路模拟输入

9、端口，地址线（ 23 25脚即 C,B,A,）可决定对哪 一路模拟输入作 A/D 转换。 22脚为地址锁存控制（ ALE），当输入为高电平时，对地 址信号进行锁存。 6 脚为测试控制（ START），当输入一个 2us 宽高电平脉冲时，就开 始 A/D 转换。 7 脚为 A/D 转换结束标志（ EOC），当 A/D 转换结束时， 7 脚输出高电 平。9脚为 A/D 转换数据输出允许控制（ OE），当 OE脚为高电平时， A/D转换数据 从该端口输出。 10脚为 ADC0809的时钟输入端 （CLOCK），利用单片机 30脚的六分 频晶振频率再通过 14024二分频得到 1MHz 时钟。单片机的

10、 P1、P3.0P3.3端口作为四位 LED 数码管显示控制。 P3.5端口用作单路显示 /循环显示转换按钮， P3.6 端口 用作单路显示时选择通道。 P0 端口作 A/D 转换数据读入用， P2 端口用作 ADC0809 的 A/D 转换控制。2.3 主控芯片 AT89C52模块AT89C52是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件 采用 ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术生产， 兼容标准 MCS51 指令系统， 片内置通用 8 位中央处理器和 F

11、lash 存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可为 您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O ）端口，同时内含 2个 外中断口。 3个 16位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发 成本。如图 6 所示为 AT89C52 管脚图。图 6 AT89C52 管脚图主要功能特性·与 MCS 51 产品指令和引脚完全兼容· 8k

12、字节可重擦写 Flash 闪速存储器· 1000 次擦写周期·全静态操作： 0Hz 24MHz·三级加密程序存储器· 32 个可编程 I/O 口线 ·低功耗空闲和掉电模式 ·3 个 16 位定时 / 计数器 ·可编程串行 UART通道主要引脚功能VCC : 电源GND: 地P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用 口。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P1输出缓冲器能驱动 4个TTL逻辑电平。对 P1端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作

13、为 输入口使用。作为输入使用时， 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出电流 （IIL ）。此外， P1.0 和P1.2 分别作定时器 /计数器 2的外部计数输入（ P1.0 /T 2）和 时器/计数器 2的触发输入（ P1.1 /T 2EX）。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能 驱动 4个 TTL逻辑电平。对 P2端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以 作为输入口使用。 作为输入使用时， 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因， 将输出 电流（ IIL ）。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 M

14、OVX DP）TR时， P2 口送出高八位地址。在这种应用中， P2口使用很强的内部上拉 发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI ）访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存 器的内容。在 flash 编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P1 口和 P2 口的第二功能如下表 1 所示。表 1 P0 和 P1 口的第二功能引脚号功能特性P1.0T2（定时/计数器 2外部计数脉冲输入 ） ，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数 2捕获/重载触发和方向控制）P3 口： P3口是一个具有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口，P3口输出缓冲器能驱动 4 个 TTL

15、逻辑电平。对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输 入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL ）。P3 口亦作为 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用，在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。具体功能如表 2 所示：表 2 P3 口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口 ）P3.2外中断 0P3.3外中断 1P3.4T0（定时/ 计数器 0）P3.5T1（定时/ 计数器 1）P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通RST: 复位输入。晶振工作时，

16、RST脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST脚输出 96个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR（地址 8EH） 上的 DISRTO位可以使此功能无效。 DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地 址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（ PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况 下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。 然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。如果需要，通 过将地址为 8EH的 SFR的第

17、0 位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅 在执行 MOVX或 MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。 这个 ALE使能标志位（地 址为 8EH的 SFR的第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN: 外部程序存储器选通信号 （PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当 AT89C52 从外部程序存储器执行外部代码时， PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外 部数据存储器时， PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H到 FFFFH的外部程序存 储器读取指令， EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令，

18、 EA 应该接 VCC。在 flash 编程期间， EA也接收 12伏 VPP电压。XTAL1: 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端。2.4 显示控制电路的设计及原理显示子程序采用动态扫描法实现 4位数码管的数值显示。 测量所得的 A/D转换 数据放 70H77H 内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制 BCD码放在 78H7BH单元中，其中 7B存放通道标志数。寄存器 R3用作 8路循环控制， R0用作 显示数据地址指针。本系统显示部分采用 4 位数码管动态扫描显示。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。 其接口电

19、路是 把所有显示器的 8 个笔划段 a-h 同名端连在一起，而每一个显示器的公共极 COM是 各自独立地受 I/O 线控制。 CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同 的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于 COM端，而这一端是由 I/O 控制的， 所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。 而所谓动态扫描就是指我们采用分时的 方法，轮流控制各个显示器的 COM端，使各个数码管轮流点亮。 本系统采用 4 位共阴 极数码管， COM端接接 P20P23端，8个笔划段 a-h 分别按顺序接 P07P00，轮流 给 P20P23 口低电平，使各个数码管轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位

20、显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点 亮，但只要扫描的速度足够快， 给人的印象就是一组稳定的显示数据， 不会有闪烁感。显示控制电路由图 7的 8255芯片和图 8的数码管显示电路两部分组成图 7 8255 芯片3、程序设计3.1 初始化程序void Init()ST = 0;OE = 0;图 8 数码管显示电路a8255_CON=0x81;PB=0xff;PA=0xff;3.2 主程序 void main() uchar I=0,J=0; uint RRR=0;Init();while (1)Get_Resist

21、ance();可改If(RRR=0)RRR=R_;T / 计算平均值 elseif(J=30)R=RRR;RRR=0;J=0; /J 为 30 个平均值 else J+;Display();3.3 显示子程序void Display()uchar A;uint B=10000;for(A=0x02;A<=0X40;A<<=1)if(R/B) if(A!=0X02)Delay(150);PB=0XFF;PA=0XFF;PB=LED_CODE(R%(B*10)/(B);PA=A;B/=10;3.4 A/D 转换测量子程序uchar Ad_Cover()uchar AD_DATA;

22、ST = 0;ST = 1; / 启动 AD转换ST = 0;while (EOC=0)CLK = CLK;OE = 1;AD_DATA = P0;OE = 0;return AD_DATA;4、系统调试与分析4.1 硬件调试硬件调试时可以检查印制板和外围电路是否有断路或短路问题，在检查无误的 情况下，通过外围电路接入一个被测电阻，检查数码管显示是否正常，若不正常，用 万用表检查出电路的问题所在，并纠正电路的焊接问题。为了测量的精准度， 用万用表选择 1 的基准电阻， 尽量使基准电阻接近 1 减少测量的误差。4.2 软件调试将用 keil 编译产生的 HEX 文件下载到单片机开发板中，通过外围

23、电路接入一个 已知的被测电阻， 看数码管上的显示数值是否接近已知的电阻值， 若不对， 则反复调 试程序，直到正确为止。4.3 性能分析1. 误差 W=|R1 R2| 100%,如表 3所示。R02. 误差分析AD 的分辨率只有八位，分辨率小，所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻的 变大误差变大。表 3 误差分析电阻理想阻值 R(K)万用表测量值R0(K)模拟测量值 R1(K)误差 w10.990.9950.5%4.74.614.5650.98%0.470.4610.4620.22%5、元件清单元件名称类型或量程数量芯片AT89C521片芯片82551片芯片ADC08091片杜邦线2根万用表

24、1个电阻1K、4.7K、0.47K各一个电源线供电电源线1根数码管HS310361K2个6、总结与思考及致谢这次单片机课程设计意义非同一般， 把我从单深入的理论编程到硬件软件综 合实现一个使用的电路。 通过这学期的单片机的学习， 知道了单片机在实际应用中占 据很重要的作用， 也了解单片机本身的功能， 用编程控制； 也了解了单片机的一些扩 展功能。通过这次设计，我更深入地了解到单片机的使用原理和功能。为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。虽说两 周的时间有点仓促， 但老师和同学们夜以继日在解决问题， 我做电阻测量的设计中也 遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价

25、值的书籍，我从中认识了不少。 也增强了自己发现问题解决问题的能力。 还有在编程的时候要仔细， 要实现一个完整 的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一些小问题， 比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。两周的设计完满结束了， 经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果， 特别离不 开指导老师方智文的悉心教导， 我受益匪浅， 相信他的工作作风和知识筑成都是我们 学习榜样，给我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这里向他 们说声谢谢，你们辛苦了。参考文献1 张鑫. 单片微机原理与应用 . M 北京. 电子工业出版社 . 20082 楼然苗. 李光飞. 单片机课程设计指导 . M 北京.航空航天大学出版社20073 长洪润. 刘秀英. 单片机应用设计 200例（上、下）. M 北京. 航空航 天大学出版社 .20064 张毅刚. 新编 MCS51单片机应用设计（第 3版）. M哈尔滨工业大学 出版社 .20085 马静. 单片机原理与应用 . M 实践教学指导书中国计量出版社 . 2003附一：原理图附二：程序#include <reg52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned in