大学生电子设计竞赛设计报告简易自动电阻测试仪

1、简易自动电阻测试仪（G题）设计报告参赛学校：常州机电职业技术学院作者：朱化吉 冯海涛 骆翠玲简易自动电阻测试仪摘要该简易自动电阻测试仪可实现对电阻的自动测试功能，具有自动电阻筛选功能, 并能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线。根据选题要求， 该测试仪以 AT89C55为核心，结合键盘、显示、程控放大器、 A/D、 步进电机控制器等外围电路，较好地实现了要求的功能。测量量程为100、1k、10k、10M四档。测量准确度为（1%读数 2 字）。3 位数字显示（最大显示数为 999）， 能自动显示小数点和单位 ,测量速率大于 5 次/秒。 100、1k、10k三档量程具有自 动量程转换功能

2、。具有自动电阻筛选功能。即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻 值和筛选的误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否符合 筛选要求的指示。 设计并制作了一个能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线 的辅助装置，曲线各点的测量准确度为 （5%读数 2 字）,全程测量时间不大于 10 秒, 测量点不少于 15 点。关键词： 单片机，电阻测试仪，自动量程转换，自动电阻筛选方案的选择与论证系统框图如图 1 所示：系统控制模块完成键盘步设进制置电模、机块步控进电机控制、电阻测量模方案一： FPGA/块CPLD 方式。即用 FPGA/CPLD 示电路的驱动、与电阻测量模

3、块的接口等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑、速 度快，而且可以使用的 I/O 口线很多；缺点是 FPGA 的设计与调试与单片机相比比较繁 琐，调试的效率比较低，不够灵活。方案二：单片机方式。使用单片机也可以完成键盘设置、步进电机控制、显示电路 的驱动、与电阻测量模块的接口功能。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度 大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟 和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛，调试的效率也比较高。基于以上分析，拟选用方案二。本设计选择 AT89C55 单片机。 电阻测量方案的选择方案一：使用模拟开关对不同的标准电阻进行量程切换。由

4、于模拟开关器件的内阻 影响，在测量阻值较大的电阻时，会产生较大的误差。方案二：使用程控放大器进行量程切换。 与第一种方案比较， 该方案测量误差较小， 具有明显的优点。因此，我们选择了第二种方案。显示模块的选择方案一：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、 耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低、易于维护、精确可靠、 程序编写容易、操作简单等特点。但在本设计中所需显示的状态较多，信息量比较大， 并且需要显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线，数码管不能完成该曲线显示功能。方案二：使用液晶屏显示。液晶显示屏（ LCD ）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险以及

5、影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力 强的特点。在本设计中所需显示的状态较多，信息量比较大，并且需要显示电位器阻值 随旋转角度变化的曲线，该曲线显示功能由液晶显示屏非常适合。本设计选用方案二，使用液晶显示屏进行显示。系统的具体设计与实现总体设计思想根据题目的要求，我们经过仔细分析，充分考虑各种因素，制定出了整体的设计方 案：以单片机 AT89C55 为核心，完成以下几个方面的功能：键盘设置、步进电机控制、 显示电路的驱动、与电阻测量模块的接口。设计充分运用了 AT89C55 的各个接口，减 少了模块调用，也使系统更为可靠。系统组成及原理框图如图 2 所示。图2理论

6、分析与计算电阻测量原理将测试直流电压加在标准电阻和待测电阻上，所得电压经过电压跟随器缓冲隔离， 送到程控放大器放大。 程控放大器放大得到的结果经过 A/D 转换，送到单片机 AT89C55 中，单片机根据所得到的 A/D 转换电压值，计算出所测量的电阻值。自动量程转换与自动电阻筛选功能 单片机通过控制程控放大器的放大倍数，完成自动量程转换。当被测电阻较小时， A/D 转换器前端所得到的信号也比较小，单片机就增加程控放大器的放大倍数，从而完成对较小被测电阻的测量，实现自动量程转换通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值。与单片机测量所得的电阻值进行比 较，如果所测量值在误差范围内，则在液晶显示绿色

7、圈，表示合格。如果所测量值在误 差范围外并偏大，则在液晶显示红色圈。如果所测量值在误差范围外并偏小，则在液晶 显示黑色圈。电位器阻值变化曲线绘制原理 单片机通过电机控制电位器的调节端转动，同时电位器的阻值随旋转角度变化。单 片机每隔一定间隔测量电位器的阻值。 将得到的阻值按比例换算成液晶显示屏纵轴的像 素坐标。将测量时刻换算成液晶显示屏横轴的像素坐标。 将在液晶显示屏得到的点相连， 就得到电位器阻值变化曲线。同时在液晶显示屏显示每点所对应的电阻测量值。单元模块设计单片机控制模块C1CAPCAPC2 CRYSTALCAPC3R1P112P12 3P13 4P145P15 6P167P17 8E1

8、1306 12E215E3 14311918P1019WRP10/TP00P11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P17P07INT1P20INT0P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSENU1805217117639P0038P0137P0236P0335P0434P0533P0632P0721A822A923A1024A1125A122627P262810RXD113029 DXTD0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE3447737836 A29

9、A312 A419 A72 A05 A115 A516 A6AA5654A7 3A8+5VA0D0A1D1A2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9A10A11A12OEWECS2CS111 P0012 P0113 P0215 P0316 P0417 P0518 P0619 P07U310987A4 625A9 24A10 21A11 23A12 222 WR 2726206264图3使用 AT89C55 单片机，充分利用其端口， 如图 3所示，各引脚的功能如下：电机驱动脉冲；：电机方向信号；，: 程控放大器控制信号,: 与 AD7818 的串行接口和转换使能控制信号。电阻测量模

10、块+5v图4+9V电阻测量模块电路如图 4 所示，被测电阻接到 J3, R8,R9为标准电阻。当测量量 程为 100、 1k、 10k量程时，开关 S8闭合， R9=10K为标准电阻。当测量量程为 10M量程时，开关 S7闭合， R8=1M为标准电阻。电压跟随器由运放 LM358 构成，程 控增益放大器采用 PGA202，A/D 转换器采用 ADS7818。AD7818 通过串行接口将数据 传送到单片机。2.3.3 键盘设置模块电路图 5 为键盘设置模块电路原理图。U6 AU5键盘采用独立式键盘，首先向锁存器写入全 0，当有键按下时，引发单片机中断 0 单片机将锁存器每位的输出分别置 1 ，判

11、断是哪个键按下， 根据按下的键进行相应的操 作。液晶显示电路与步进电机控制电路液晶显示电路与步进电机控制电路如图 6U412 RXD914745J1C5ELECTRO13 接到液晶屏电机驱动电压电机方向信号电机驱动脉冲DB9图6液晶模块接口为 RS-232 接口。单片机串口通过 MAX232 与液晶屏连接。单片机通过 P10 控制步进电机方向， P11提供电机驱动脉冲软件流程主程序流程图见图 7图7系统测试测试方法 将所测值与标准电阻值相比较，即可得到测量准确度。自动量程转换、自动电阻筛 选、自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线等功能可以在仪器测量时测试完 成。测试结果与分析测量量程为

12、100、 1k、 10k、10M四档。测量准确度测试结果为：标准阻值测量值测量准确度33501K10K3 位数字显示（最大显示数必须为 999），能自动显示小数点和单位 , 测量速率大于 5 次/ 秒。经测试该功能满足要求。100 、 1k、 10k三档量程具有自动量程转换功能。经测试该功能满足要求。具有自动电阻筛选功能。经测试该功能满足要求。通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值。与所测量电 阻值进行比较，如果所测量值在误差范围内，则在液晶显示绿色，表示合格。如果所测 量值在误差范围外并偏大，则在液晶显示红色。如果所测量值在误差范围外并偏小，则在液晶显示黑色能自动测量和显示电位器阻值随旋转角

13、度变化的曲线。曲线各点的测量准确度为（5%读数 2 字） ,全程测量时间不大于 10 秒, 测量点不少于 15 点 测量准确度测试结果为：标准阻值测量值测量准确度50经测试该功能满足要求。可显示电位器阻值变化曲线。同时在液晶显示屏显示每点 所对应的电阻测量值。结束语经过为期四天的设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这四天中，我们遇 到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。通过这几天的设计竞赛，我们 不但增强了实践能力和协作精神，而且懂得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习 和工作不无裨益。当然，我们的设计还有一些不足之处，有待于在将来设计中进一步提 高，在此恳请各位老师批评指

14、正。参考文献1、徐爱钧、彭秀华 .单片机高级语言 C51Windous环境编程与应用 .电子工业出版社，20012、全国大学生电子设计竞赛组委会 .全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届 第五届），北京理工大学出版社 .20043、张毅刚 .单片机原理及应用 .高等教育出版社， 19994、金戎、沈庆阳、郭廷吉 .8051 单片机实践与应用 .清华大学出版社， 2002附件：系统电路原理图U1P11/TT1T0C1EA/VP29X1X2P12P13P14P15P16P17INT1INT00p11.0 952C2CRYSTALVCC 4.7 uf+VCCA12+VCC3VrefC6CAPFilter AVo s Adjust-VinRESETPGA20 21413121110626 4P01P24P25P26P27RXDPSENP04P05P06P07P20P21P22P23TXD ALE/PP02P03CS2A0D0A1D1A2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9A1 0A1