简易自动电阻测量仪讲解

1、G题：简易自动电阻测试仪2011全国大学生电子设计竞赛设计报告年月日摘要本系统是一种基于STC89C5单片机的简易自动电阻测试电路。该设计采用12位A/D转换器构成主要的测量电路，其测量范围广而且可以由继电器的闭合与关断实现量程自动转换，使用LCD12864作为显示电路，并采用矩阵按键实现电路功能的自由切换与数据的输入。在电压采样的方案上选用电压分压采样，电路简单又避免自制恒流源本身误差对测量产生的影响。该电路设计新颖、可扩展性强。关键词：单片机，A/D转换器，电压分压采样，量程自动转换AbstractThissystemisakindofSTC89C58MCUbasedonsimpleaut

2、omaticresistaneetestcircuits.ThisdesignUSESA/Dconverter12bitAmajormeasurementcircuit,themeasuringrangeandtherelayoftheclosedandshutofftorealizeautomaticconversion,useLCD12864rangeasdisplaycircuit,andthekeytorealizethefunctionofthematrixcircuitswitchandfreedataentry.Samplingplaninvoltageonsubsectionp

3、owercircuitissimpleandsampling,pressuretoavoidhomemadeconstantcurrentsourceitselfonthemeasurementerrorinfluenee.Thecircuitdesignisnovel,theextensibility.Keywords:MVU,A/Dconverter,electricpressure,rangeofsubsectionsamplingautomaticconversion、总体方案设计1、电阻测量电路的选择与论证方案一此方案采用555定时器构成的多谐震荡电路，电阻的测量采用“脉冲计数法”，

4、通过计算震荡输出的频率来计算被测电阻的大小，但是该电路只可以测出量程在100Q?1MQ的电阻，达不到题目要求，故放充此方案。方案二此方案采用数控恒压源式闭环负反馈电阻测量的方法，其测量原理框图如图1所示：图1数控恒压源式电阻测量的闭环负反馈方法原理框图系统有被测电阻Rx,反馈电阻R0,运算放大器，A/D转换器，D/A转换器，单片机组成。加在被测电阻Rx上的电压V是由单片机通过D/A转换器来控制的，即可调的，必要时可以在D/A转换器后加一个电压跟随器以扩大带负载能力。被测电阻可RxViVo由下式求得：式中ViD/A转换器（数控可调恒压源）的输出V0一放大器的输出（A/D转换器的输入）式（1）可以

5、改写成VoRoARx由于Vo总是有一定范围的（如0?5伏），所以Vi与Rx的比值ViRx必然被限制在一定的范围之内（如当Ro=10KQ,ViRx=0?0.5V/KQ,可以保证Vo=0?5V）为了保证实现上述要求，则Vi要随着被测电阻的大小的变化而变化。被测电阻Rx大，则Vi大，被测电阻Rx小，则Vi小，由于电阻Rx是待测量的，所以件电路设Vi的确定就不能够通过式（2）来进行，最直观的想法就是使得Vi从小到大逐步加1,直到使得V0到达测量范围为止。由于此方案需要数控恒压源，既增加了硬计，又引入了误差，故放充此方案。方案三此方案采用比例测量法，其原理电路见图2GND图2电阻测量原理电路中由电源通过

6、分压电阻Ri之后给测量电路提供电压，流过标准电阻和被测电阻Rx的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽 计）。Ro略不Ucc UaUaRx所以A/D转换器的参考电压Ucc和输入电压Ua如下关系:RxUa即:Ro根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是Ucc UaUa与Ucc Ua的比值，也即是Rx与R0的比值。因此这称为比例读数特性。我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量挡。R1 10听时9919头女口：对100挡，取Roi50，小数点定在个位上。当就会显示出100。当Rx变化时，显示值相应变化，可以从又如Rx变化时，显示值对1K挡，取

7、R02500，小数点定在千位上。当相应变化，可以从0.01K测到0.99K。以此类推。电阻测量电路见图3图3电阻测量电路由上分析可知Ri=R0150；R2=R02500；R35K；R45M，该电路中采用单片机控制继电器来实现量程的自动转换。2、显示模块的选择与论证方案一LCD1602液晶显示屏，1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名，液晶1602显示器，功耗低、体积小、超薄轻巧，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中应该广泛，根据容量可分为1行16字、2行16字、2行20字等等，但显示内容有限，不能满足题目中的提到的“显示电位器阻值随旋转角度的变化曲线”，因此舍克该方案。

8、方案二LCD12864是带中文字库的一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128X64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8X4行16X16点阵的汉字.也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。故选择LCD12864作为电路显示模块。3、

9、A/D转换芯片的选择与论证方案一采用八位A/D转换芯片ADC0832组成A/D转换电路，实现模拟电路到数字电路的转换。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32PS,据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。但是，由于ADC0832只有八位分辨率，测量出来的精度不够准确，因此放充该芯片的使用，改用高一点分辨率的A/D转换

10、芯片。方案二采用十二位A/D转换芯片TLC2543组成A/D转换电路来实现模拟电路到数字电路的转换。TLC2543是12位串行A/D转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，最高分辨可达4096级。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，最高分辨可达4096级，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。适合本电路使用，因此我们使用方案二。4、控制芯片的选择与论证方案一采用ADuC845芯片，ADuC845是一种嵌有单指令周期，8052闪存MCU、带两路24位-刀A/D、双12位D/A以及两个灵活脉宽调制输出的高性能24位数据采集与处理芯片。该芯片的数据处

11、理速度达12MIPS,且设计简单，噪声低，非常适用于精密仪器仪表。但是该芯片价格很贵，而且经过分析，本系统也不必用到那么高级的芯片。故舍克本方案。方案二采用普通的STC89C58芯片,通过STC89C58芯片控制A/D转换芯片实现模拟电路到数字电路的转换。性价比高，使用技术成熟。完全符合本系统设计要求。故选择方5、系统总体框架介绍A/D转换电路/电阻测 试电路按键控制电路89C58 控制电路| 12864 液晶显示电路步进电机电路电源电路图4电路系统框图按照题目设计功能要求，本简易电阻自动测试仪系统的设计采用STC89C58单片机做主控电路，采用A/D转换电路将模拟信号转化为数字信号送到单片机

12、中，通过单片机控制显示器实现被测电阻阻值的读出。功能扩张部分我们采用单片机控制步进电机改变电位器的阻值，再通过本系统测量出电阻值显示出来。电路系统框图见图4。二、软件设计1、主程序设计流程图2、中断子程序流程图开始设置定时中断初始化LCD初始化测易档读取按键图5主程序设计流程图定时中断设置筛选阻值并显示读取AD值是否切调用画线函数显示0K.设置阻值范围并显示AD读取数值判断电阻是否在设置范围内I是显示NO显示实际阻值转换阻值换档位hr切换显示阻值?退由中断图6中断子程序流程图控制步进电机读取AD值转换阻值将各个参数放入表格显示三、系统指标测试测量仪器：fluke37multimeter（福禄克

13、37万用表），J2361-1电阻箱1、电阻测量测试数据记录（室温）表1电阻测量数据测量直则量用表1.921431004741K1.45K4.76K9K6.58M37万用表（Q）2.021.143.2100.34741K1.45K4.76K9.0K|仪表测量值（Q）2.0121.143.31004751.01K1.44K4.77K9.04K绝误差值（Q）0.0100.10.310.01K0.01K0.01K0.04K相对误差（%）0.00500.2310.2990.21110.6890.2100.44误差分析：由于fluke37multimeter（福禄克37万用表）它的电阻档测量精度很高，因此

14、我们把它测出来的电阻用作基准电阻。不过再精密的仪器的测量结果也有误差，环境等其他因素的影响也很大。所以出现一点误差是正常的，而且误差都很小，远远低于题目所要求的，这也说明我们的电路系统基本上是正确的。2、电位器测量我们通过单片机驱动步进电机来改变电位器阻值，在通过电阻测量电路测出电位器的阻值，得出电位器随步进电机旋转角度变化的曲线图，如下图所示。可以看出几乎呈线性关系，符合当初设想。电位器阻值随步迸电机旋转角度变化的曲线图5O0lo3248MEO561121Z81501761922Q322424J步进角度（度）四、总结由于使用单片机作为中央控制器和计算器件，本仪表有功能强、性能可靠、体积小、电路简单的特点，加上自行设计的BCD码到浮点数的转换、浮点数的运算、计频率等功能，使它可方便地扩展其它功能，如频率计等。量程自动转换等功能又使这个测量仪表具有较高的智能化水平。参考文献1 曾昭，文卉恐值计算（第二版）？（匕京:清华大学出版社，20062 高吉祥.模拟电子技术.北京:电子工业出版社，20053 刘守义？单片机应用技术？西安：西安电子科技大学出版社，20024 李义府？模拟电子技术