微电阻测量系统毕业设计Word格式文档下载.docx
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Thedesignonthebasisofthesubjectdemandproducedasimpleautomaticresistancetester,capableofmeasuring100OmegaOmega,1K,10K,10MOmegaOmegafourprofileatdifferentrange,andrealizestheautomaticconversionrangebeforethethird,whileautomaticallydisplayadecimalpointandunit.Basedontheserequirements,afterdiscussion,decidedtousethe555multivibratorcircuitresistanceparametersaretransformedintofrequency,frequencyofFSCMiseasilyhandledthedigitalquantity,ahighmeasuringprecision,ontheotherhand,soeasytorealizeautomationofinstrumentation,andchipmicroprocessorapplicationsystemhashigherreliability.Throughtheinputofsingle-chipAT89C51controlrelaytocontrolthetestedRCoscillatingcircuitfrequencyautomaticselection,input/outputcontrolusingthekeyboardinputcontrolcircuit,LCD12864displaysystemandanalarmcontrolcircuit,canachieveaverygoodall.Microcontrollerhavingprogrammable,hardwaredescriptionofthefunctioncanbecompletelyrealizedinsoftware,ontheotherhand,soeasytorealizeautomationofinstrumentation,shortdesigntime,lowcost,highreliability.
Keywords:
singlechipAT89C51555multivibratorcircuitrelayautomaticrangeswitching
前言1
1基本原理1
2设计思路2
2.1总体方案组成和说明2
2.2组成部分及说明2
3设计实现5
3.1测量电路设计5
3.2通道选择电路设计5
3.3控制电路设计6
4测试及结果分析9
4.1测试方法及使用的仪器9
5结束语10
参考文献12
附录12
附录1:
主要元器件清单12
附录2:
程序清单13
附录3:
实物图23
前言
现代电子产品正以前所未有的速度,向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向发展。
本次设计出具有四档量程的简易自动电阻测试仪,量程分别为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档,难点在于小电阻的测量精度。
测量时电阻值为3位数字显示(最大显示数必须为999),能自动显示小数点和2字单位,如98.7欧姆,并实现前三档的自动量程转换。
在本设计中我们着重介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f,然后采用单片机控制后,再通过程序处理运算求出R,最后应用LCD12864显示的方法。
量程自动转换原理分别是RC振荡电路和LM555多谐振荡器,这样就能够把待测电阻转换为频率,而频率f是单片机很容易处理的数字量。
目前市面上测量电子元器件参数R的仪表种类较多,方法和优缺点也各有不同。
一般的测量方法都存在计算复杂,不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点。
将电阻参数转化为频率,这样处理一方面使测量精度提高了,另一方面也便于使仪表实现智能化,并能很好的实现各个要求。
1基本原理
方案一:
最基本的就是根据R的定义式来测量。
在如图1-1中,分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压,根据公式R=U/I求得电阻。
这种方法要测出两个模拟量,不易实现自动化。
而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应,由此就可以读出被测电阻的阻值,如图1-2所示。
这种测量方法的精度变化大,若需要较高的精度,必须要较多的量程,电路复杂。
图1-1定义法测电阻图1-2万用表测电阻
方案二:
把电阻转换成频率信号f,转换的原理分别是RC振荡电路和555电路,单片机根据所选通道,向模拟开关送两路地址信号,取得振荡频率,作为单片机的时钟源,通过计数则可以计算出被测频率,再通过该频率,通过公式计算出各个电阻参数。
然后根据所测频率判断是否转换量程,或者是把数据处理后,把电阻的值送显示部分显示出相应的参数值,利用编程实现量程自动转换。
总结:
通过精确度以及方便使用的角度考虑,方案二的方法更好。
2设计思路
2.1总体方案组成和说明
本系统的电路设计方框图如图1-2所示,它由四部分组成:
①控制部分主芯片采用单片机AT89C51;
②测量部分主要是采用利用RC振荡电路和555振荡电路实现将被测电阻转换为频率;
③通道选择部分主要是通过51单片机I/O接口控制继电器来自动选择被测频率的档位;
④显示部分是通过LCD12864、二极管指示灯及按键选择测量电路。
图2-1系统设计框图
2.2组成部分及说明
第一,控制部分
(1)分析说明:
本设计以单片机为核心,采用AT89C51单片机,利用其管脚特殊的功能以及具备的中断系统,延时程序来控制换挡,以及12864液晶屏的显示等等功能。
(2)原理图
图2.2-1单片机最小系统
第二,测量部分
●计算分析:
RC振荡电路时利用555振荡电路实现被测电阻的频率,通过51单片机的I/O接口的自动识别量程,来实现自动测量。
●原理图
图2-2LM555振荡电路
第三通道选择
★分析说明:
本设计通过单片机控制来控制继电器的自动选择,继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
图2-3继电器自动选择
第四,显示部分
●分析说明:
使用12864液晶显示屏,具有画面效果好,分辨率高,抗干扰能力强等特点,可以显示4行字,符合本次设计任务的要求。
●
(2)原理图
图2-412864显示
3设计实现
3.1测量电路设计
根据题目要求,采用555多谐振荡电路,将电阻量转换为相应的频率信号值。
考虑到单片机对频率的灵敏度,具体的讲就是单片机对10HZ~10KHZ的频率计数精度最高。
所以要选用合理的电阻和电容大小,同时又要考虑到不能使电阻的功率过大。
所以首先要确定对应档位时适合的频率,然后在确定电阻或电容值,从而算出4个电阻和电容的值以及对应频率范围。
电阻的测量采用“脉冲计数法”,如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路,通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。
555接成多谐振荡器的形式,其振荡周期为:
T=t1+t2=(ln2)(R1+Rx)*C1+(ln2)Rx*C1,得出:
即,求出Rx
表3-1振荡测量电路对应量程参数
档位
电阻R1
电容C1
频率范围
0~100Ω
R1=200Ω
C1=4.7uF
766~1543HZ
100Ω~1KΩ
R2=15KΩ
C2=10nF
8487~9492HZ
1KΩ~10KΩ
R3=20KΩ
C3=10nF
3606~6568HZ
10KΩ~10MΩ
R4=10MΩ
C4=4.7pF
10930~16387HZ
3.2通道选择电路设计
利用实现测量CD4052类别的转换,CD4052是差分4通道数字控制模拟开关器件,有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入,具有低导通阻抗和很低的截止电流。
表3-2CD4052真值表
INHIBIT
B
A
0x,0y
1
1x,1y
2x,2y
3x,3y
x
None
该电路通过CD4052双向模拟开关控制量程的自动切换,直到进入适当的量程为止。
电路流程图如下:
图3-3量程自动转换流程图
注:
实际测试时由于CD4052出现问题,我们改用继电器实现量程转换,但原理相同。
3.3控制电路设计
本设计使用单片机为核心部件,来控制换挡以及显示。
以下是单片机管脚说明:
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带
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