基于单片机的电压电阻测试仪

1、测控系统综合训练报告题 目： 基于单片机的电压电阻测试仪 班 级： 1 姓 名： 学 号： 指导教师： 成 绩： 江苏理工学院 电气信息工程学院目录序言1第1章系统总体设计21.1 设计目的21.2 功能要求21.3 电压电阻测试仪工作原理21.4 设计方案21.4.1单片机选型31.4.2 ADC0809介绍41.4.3 CD4052介绍61.5 系统总体设计7第2章 硬件设计82.1复位电路设计82.2 电阻测量电路82.3 量程切换的设计92.4 A/D转换与控制系统的设计102.5 显示电路的设计10第3章 系统软件的设计123.1 软件总体设计133.2 数据采集模块设计133.3

2、电阻测量模块设计143.4 显示模块设计16第4章 电路板的制作及调试分析164.1 电路板的制作164.2 电路的调试与分析164.2.1 仿真结果与分析164.2.2 硬件调试与结果分析17结束语21参考文献21附录22附录1 硬件仿真图22附录2 源程序23附录3 实物图29序言 数字式电压电阻测试仪已经广泛应用于各电子领域。从性能来看：数字电压电阻测试仪表的发展从一九五二年美国NLS公司由四位电子管数字电压电阻仪表精度千分之一到现在已经出现8位数字电压表。参数可测量直流电压、交流电压、电流、阻抗等。测量自动化程度不断提高，可以和计算机配合显示、计算结果、然后打印出来。目前世界上美国FL

3、UKE公司，在直流和低频交流电量的校准领域居国际先进水平。例如该公司生产的“4700A”多功能校准器和“8505”微机数字多用电压表，可用8位显示，直流精度可达到5/10-6，读数分辨力为0.1V。带有A/D变换模式、数据输出接口形式IEEE-488。具有比率测量软件校准和有交流电阻、电流选件。还具有高精度电压校准器“5400A”、“5200A”、“5450A”等数字仪表，都是作为一级计量站和国家级计量站使用的标准仪表。还有英国的“7055”数字电压表采用脉冲调制技术。日本横河公司的“2501”型采用三次采样等等在不断的蓬勃发展。 从发展过程来看，数字式电压电阻测试仪表自1952年问世以来，已

4、有50年多年的发展史，大致经历了五代产品。第一代产品是20世纪50年代问世的电子管数字电压表，第二代产品属于20世纪60年代出现的晶体管数字电压电阻表，第三带产品为20世纪70年代研制的中、小规模集成电路的数字式电表。近年来，国内外相继推出有大规模集成电路（LSI）或超大规模集成电路（VLSI）构成的数字式仪表、智能数字仪表，分别属于第四代、第五代产品。它们不仅开创了电子测量的先河，更以高准确度、高可靠性、高分辨力、高性价比等优良特性而受到人民的青睐。电压电阻测试仪是一种在实验室、教学和日常测量场合中使用广泛的一种仪器。传统的指针式仪表功能单一、精度低，不能满足现代测量的要求，而数字式仪表却有

5、着显著的优势。数字电压电阻测试仪是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式加以显示的仪表。本文以STC89C52为核心，可实现电压电阻测试仪量程的自动转换，采用TL082运算放大器和集成四路双选通模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术，采用ADC0809实现模拟量与数字量间的转换技术，它具有体积小，驱动电流小，动作快，结构简单， 操作方便的优点，可用于实验教学中。第1章 系统总体设计1.1 设计目的利用单片机STC89C52和ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值和之间的电阻值，利用液晶显示，要求使用的元器件数目尽量少。1.2 功能要求电路通电

6、或按复位键时，通过改变电位器的阻值改变模拟输入电压，不断将模拟电压转换成数字量，通过液晶显示出所测得的模拟电压。在改变电压和电阻时，能够准确的测量出电压和电阻的变化值。实现多级量程直流电压测量，其量程范围为05V；实现多级量程电阻测量，其量程范围为。1.3 电压电阻测试仪工作原理 电压测量原理：这里主要是利用ADC0809模数串口芯片，ADC0809芯片的基准电压脚外接电压为5V，则最大可以测得的电压为5V，ADC0809芯片的模拟输入脚通过电位器接5V电压，进行模拟采样，通过调整电位器的值改变模拟量。输入的模拟量经过ADC0809芯片的内部8位开关电容逐次逼近A/D转换器，转换成8为二进制数

7、，其最小的分辨率为0.0196（VREF=0.0196V)，D为转化的数字量，再通过 可以求得模拟电压，最后通过液晶就可将所测得电压显示出来。1.4 设计方案要实现电压、电阻的测试有多种方案，其中两种比较简单的且精确度比较高的可以分别采用并行ADC0809芯片和TLC549芯片，其中各芯片都有可取之处。方案一：用TLC549串行芯片作模数采样芯片，占用的单片机的I/O口线少，且占用电路面积小，只是编程复杂点。方案二：用ADC0809并行芯片作模数采样芯片，需要占用一个I/O口，不过可以循环采样8路模拟通道，占用板子的面积大，编程相对来说简单点。本设计采用方案二，采用常用的52单片机作为控制芯片

8、，ADC0809芯片的CLK时钟信号脚接单片机的ALE脚； ADC0809的参考电压接VCC，IN0接输入电压，IN1接输入电阻，ADC0809通过采样进来的数据信号送给单片机，再通过 计算可以得到电压值，再通过显示电路，将所求得的电压值显示出来。通过调节连接IN0引脚的电位器及可以调节电压是电压在05V左右变化。电阻测量则通过运算放大器设计比例电路，通过控制给定的基准电阻来控制测量电阻的范围，本设计设定的基准电阻分别为，输入电压为+5V，那么运放放大倍数不能超过两倍，所以被测电阻范围只能大概为。1.4.1单片机选型随着微电子技术和超大规模集成电路技术的发展，单片微型计算机以其体积小、性价比高

9、、功能强、可靠性高等独有的特点，在各个领域（如工业控制、家电产品、汽车电子、智能仪器仪表）得到了广泛的应用。本次设计采用STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时

10、器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串口片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程Flash。其引脚图如图1-1所示。图1-1 STC89C52引脚图1.4.2 ADC0809介绍 ADC0809是一种8位逐次逼近型A/D转换器。带8个模拟量输入通道，芯片内有通道地址译码锁存器，有输出三态数据锁存器，启动信号为脉

11、冲启动方式，每个通道的转换时间大约为100s，可以和单片机直接接口。其引脚图及内部结构图如图1-2所示。(a) ADC0809引脚图（b） ADC0809内部结构图由图2-3（b）可知，ADC0809由一个8路模拟开关，一个地址锁存与译码器、一个8位A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道IN0IN7，允许8路模拟分量输入，共用A/D转换器 进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 IN0IN7：8条模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量的要求是信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进

12、行放大：输入的模拟量在转换过程中应保持不变，如若模拟信号变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条，ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转化器进行转换。A，B，C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择如表2.1所示。数字量输出及控制线：11条。START为上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换。在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE

13、为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=1，输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻状态。D7-D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。由于ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外部提供，通常使用频率为500KHz,最大不能超过1280KHz。 VREF（+），VREF（-）为参考电压输入，决定了输入模拟量的范围。一般情况VREF（-）接地，VREF（+）接+5V电源。1.4.3 CD4052介绍CD4052是一个双4选一的多路模拟选择开关，其引脚图如图1-3所示。图1-3 CD4052引脚图CD4052具体工作方式由A、B决定。A、B为

14、通道选择，00、01、10、11分别选择两个开关的14中的一个。Vss接正电源，Vee接地或负电源，两线之间电压不超过18V。INH为禁止端，接正电源时，开关为高阻不通，工作时接地。真值表如表2-1所示。表1-1 CD4052真值表INHIBITBA0000x,0y0011x,1y0102x,2y0113x,3y1XXNone1.5 系统总体设计 系统总体设计框图如图1-4所示。图1-4 总体设计框图系统由单片机控制模块、复位电路、时钟电路、电压测量电路、电阻测量电路、A/D转换电路和显示电路组成。首先利用P2口数据地址复用，将地址通过P2口输入到单片机中。再利用模数转换将模拟信号转换成数字信

15、号，再次利用P2口将其输入到单片机。最后将测量结果通过液晶显示。第2章 硬件设计2.1复位电路设计 采用电容复位，其电路图如图2-1所示。 图2-1 复位电路2.2 电阻测量电路电阻测量电路如图2-2所示。运算放大器的反馈电阻RX作为待测电阻，通过R3、RS、R4及多路开关接到电源+5V。假定运算放大器理想，那么放大器的输出电压，输出的电压不超过10V，所以被测电阻不超过基准电阻的2倍，由于此时电压为负值，将RV再经一级放大进行取反，则可测得实际电压值。将RV送给ADC0809，转换后得到数字量。单片机读取A/D转换数据，再经逆向运算可得,此时得到的Rx为二进制，需转化为十进制才能送液晶显示。

16、图2-2 电阻测量电路2.3 量程切换的设计电压表直接测05V电压，电阻表设置有档。量程的自动切换由模拟开关CD4052 实现，根据输入的阻值选择最佳量程。量程自动切换电路如图2-3所示，用电位器来当做被测电阻，电位器调到，选择量程；电位器调到，选择量程；电位器调到，选择量程。该单元中运算放大器与多路模拟开关CD4052的其中一组开关执行相应量程的选择。CD4052的A、B以及INH分别接单片机P1.2、P1.1、地。图2-3 量程切换电路2.4 A/D转换与控制系统的设计 A/D转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件或装置，是一种模拟系统和计算机之间的接口，在数据采集和控制系统中得到了广泛的

17、应用。常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式，本次设计采用ADC0809AD转换器。在本系统中的参考电压选用单极性+5 V。ADC0809的Vcc/VREF引脚接+5 V，作为A/D转换的参考电压，一次输出8位转换结果。由单片机P2接收A/D转换后的数据，经系统处理后再对模拟开关进行选择适合的量程，再次对量程选择后的模拟量进行A/D转换，数据处理之后送显示电路。电路如图2-4所示，其中IN1接被测电压，IN0接被测电阻。图2-4 A/D转换电路2.5 显示电路的设计显示电路如图2-5所示，选用LCD1602液晶显示。数据经单片机的P0输出，数据输入时，通过P0口控制相应液晶显示器，并行数

18、据直接送液晶显示。图2-5 显示电路第3章 系统软件的设计3.1 软件总体设计 软件总体设计流程图如图3-1所示。图3-1 系统软件流程图在电源开关闭合的时候，电源导通。单片机对系统进行初始化，对模数转换芯片发送信号，做好随时转换的准备。初始化完毕后，首先对电压信号进行一次A/D转换，经单片机计算后选择量程，当计算后的电阻值小于时，选用的量程；当计算后的电阻值大于小于时，选用的量程；当计算后的电阻值大于时，选择的量程。选择好合适的量程后，通过模拟开关重新输入信号，再次进行A/D转换，读取转换数据，经单片机计算后送显示器显示电压值。3.2 数据采集模块设计 测量之前，先选择要测量电压还是电阻，选

19、择完毕再进行信号处理并显示。其流程图如图3-2所示。图3-2 数据采集流程图3.3 电阻测量模块设计电阻测量过程中，给定一定阻值的电阻，先判断被测电阻在哪个量程内，再进行计算显示，以便测量结果最佳，其流程图如图3-3所示。图3-3 电阻测量流程图3.4 显示模块设计 对测量的物理量用液晶显示，其显示模块设计流程图如图3-4所示。图3-4 显示模块流程图第4章 电路板的制作及调试分析4.1 电路板的制作用Proteus对电路进行仿真，待仿真通过后，进行焊接。4.2 电路的调试与分析4.2.1 仿真结果与分析对Protues设计好的电路进行仿真，分别测量5V以内电压及各量程电阻，其仿真结果如图4-

20、1所示。被测电压为0.12V，实测电压为0.12V，不存在误差。被测电压为4.99V，实测电压为4.98V，存在2%的误差。被测电压为390，实测电压为390，不存在误差。被测电阻为3400，实测电阻为3350，误差为1.47%。图4-1 仿真结果图由仿真结果可以看出，测量电压相对比较准确，测量较大电阻时存在一定的误差，基本完成预期功能。4.2.2 硬件调试与结果分析根据设计的目标，应对电路进行直流电压、电阻测量。检查焊接好的电路有无短路、虚焊等问题，检查无误后，接通电源进行调试与测试。其测试步骤如下(以电压测量为例)：对标准值的测量，通过万用表进行测量，并记录。对测量值进行记录，对液晶显示的

21、数据进行直接记录于测量表格中。对绝对误差进行计算，计算公式(1) (1)通过计算绝对误差，找出最大的绝对误差最大的一项，通过计算公式（2），计算出满度相对误差 (2)直流测量5V档位数据见表格4-1： 表4-1 直流电压5V档位测量数据标准值（/V）0.681.352.543.664.68测量值（/V）0.681.352.543.654.69绝对误差（/V）000-0.010.01最大的绝对误差最大的一项： 0.01满度相对误差：0.2%电阻测量档位数据见表格4-2：表4-2 电阻档位测量数据 标称值（）51180300620750标准值（）51.6181.4302.7617.2745.5测量

22、值（）绝对误差（）最大的绝对误差最大的一项： 满度相对误差： 电阻测量档位数据见表格4-3：表4-3 电阻档位测量数据标称值（）0.122.43.65.18.2标准值（）0.11882.413.545.078.11 测量值（）绝对误差（）最大的绝对误差最大的一项： 满度相对误差： 电阻测量档位数据见表格4-4：表4-4 电阻档位测量数据标称值（）3656687582标准值（）35.655.266.97581.4 测量值（）绝对误差（）最大的绝对误差最大的一项： 满度相对误差： 结束语综合训练是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力

23、的具体训练和考察过程。 随着科学技术发展的日新日异，电压电阻测试仪已经得到非常广泛的应用。经过四周的综合训练，虽然也遇到不少问题，但是经过自己解决可以学到很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，通过找资料请教老师同学加以解决，最后发现自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 通过这次课程设

24、计之后，也把以前所学过的知识重新温故以下。在以后的工作学习中，还是要自己多动手实践，这样才能更好的理解所学知识，并学以致用。 参考文献1沙占友. 数字万用表电路图集M.人民教育出版社，2001.2丁元杰.单片微机原理及应用M.机械工业出版社，2005.3马克联，张宏编.万用表实用检测技术M.化学工业出版社，2006.4李昌喜.智能仪表原理与设计M.化学工业出版社，2005.5徐爱钧.单片机原理实用教程M.电子工业出版社，2011.6杨志忠.数字电子技术M.北京：高等教育出版社，2008.7徐薇，黄博文，关宇东.数字万用表自动测量系统的设计J.电子测量技术，2011，,3（4）：106-108.

25、8曲昀卿.基于单片机的电动电阻测试仪设计J.石家庄职业技术学院学报，2013，25（4）：17-20.附录附录1 硬件仿真图附录2 源程序#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit RS = P17;sbit RW = P16;sbit EN = P15;sbit ST = P37;sbit OE = P36;sbit EOC = P13;sbit CLK = P14;sbit key1 = P10;sbit resa = P12;sbit resb = P11;uch

26、ar data chnumber;uchar disU8 = ; /电压数据uchar disR8 = ; /电阻数据uchar disI8 = ;uchar data ad_data8 = 0,0,0,0,0,0,0,0;int s_data=0;long temp;float temp0;void fbusy()P0 = 0xff;RS = 0;RW = 1;EN = 1;EN = 0;while(P0 & 0x80)EN = 0;EN = 1;void wc51r(uchar j)fbusy();EN = 0;RS = 0;RW = 0;EN = 1;P0 = j;EN = 0;void

27、 wc51ddr(uchar j)fbusy();EN = 0;RS = 1;RW = 0;EN = 1;P0 = j;EN = 0;void init()wc51r(0x01);wc51r(0x38);wc51r(0x0c);wc51r(0x06);void test()uchar m;for(m=0;m8;m+)P3 = m;ST = 0;_nop_();_nop_();ST = 1;_nop_();_nop_();ST = 0;_nop_();_nop_(); _nop_();_nop_();while(EOC=0);OE=1;ad_datam=P2;OE=0; /*void dianya() uchar i; /int a,b; /temp0 = s_data/8; temp=ad_datachnumber; /temp0=(temp*1000)/51; / temp0=temp*0.; /5v量程 / temp0