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电阻测量
湖南人文科技学院
课程设计报告
课程名称:
单片机原理及应用课程设计
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:
09级通信工程三班
学生姓名:
杨波杨玉林
学号:
0941630309416326
起止日期:
2011年12月19日至2011年12月30日
指导教师:
谢四莲王善伟姚毅
教研室主任:
刘建闽
指导教师评语:
指导教师签名:
年月日
成绩评定
项目
权重
成绩
杨波
杨玉林
1、设计过程中出勤、学习态度等方面
0.2
2、课程设计质量与答辩
0.5
3、设计报告书写及图纸规范程度
0.3
总成绩
教研室审核意见:
教研室主任签字:
年月日
教学系审核意见:
主任签字:
年月日
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);电阻测量仪;A/D转换;8255芯片;
ADC0809芯片
1、设计要求
(1)电阻测量(需要简单的外围检测电路,将电阻转换为电压)。
(2)测量100,1k,4.7k,10k,20k的电阻阻值,由数码管显示。
(3)测试:
误差10%。
2、案论证与对比
2.1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,其电路原理框图及具体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:
所产生的时间误差可能达到百分之十五,再加上其他原因产生的误差,测量是的时间延迟太大。
图1方案一原理框图
2.2方案二
用ADC0809进行电阻测量,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。
=
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。
其原理框图如图2所示。
图2方案二原理框图
2.3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。
所以选用方案二作为实验方案。
3、系统硬件电路的设计
3.1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。
C1
Y1
8051
C2
图3振荡电路
3.2A/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。
直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D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。
其转换电路原理图如图4所示:
图4 A/D转换电路原路图
3.2.1主要性能
1、分辨率为8位二进制数。
2、模拟输入电压范围0V—5V,对应A/D转换值为00H—FFH。
3、每路A/D转换完成时间为100µs。
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。
3.2.2ADC0809芯片的组成原理
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D7—D0进入CPU总线,完成一次A/D转换全过程。
其引脚图如图5所示:
图5 ADC0809引脚图
3.2.3ADC0809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路模拟输入端口(IN0~IN7)和8位数据输出(D0~D7),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(CLK),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P1、P3.0—P3.3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。
3.3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8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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MCS—51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash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6AT89C52管脚图
3.3.1主要功能特性
·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容
·8k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
3.3.2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/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。
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MOVX@DPTR)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。
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1所示。
表1P3口的第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD(串行输入口)
P3.1
TXD(串行输出口)
P3.2
外中断0
P3.3
外中断1
P3.4
T0(定时/计数器0)
P3.5
T1(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,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,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。
3.4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5位数码管的数值显示。
测量所得的A/D转换数据放70H—77H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78H—7BH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5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5位共阴极数码管,COM端接接P20—P23端,8个笔划段a-h分别按顺序接P07—P00,轮流给P20—P23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。
图78255芯片
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8数码管显示电路
4、软件设计
4.1初始化程序
voidInit()
{TMOD=0x01;//选择工作方式1
TH0=(65536-200)/256;//设置T0初值
TL0=(65536-200)%256;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
a8255_CON=0x80;//控制字地址
a8255_PB=0xff;
a8255_PA=0xff;
}
4.2主程序
voidmain()
{//inti,j;
Init();
CLK=0;//时钟输入
while
(1)
{ad0809();
delay(300);
t=(float)(256-get_val);
t=10000.000*(t/(float)get_val);//电压变电阻值
display(t);
}
}
4.3显示子程序
voiddisplay(unsignedintt)
{unsignedcharx0,x1,x2,x3,x4,x5;
x0=t%10;//个位
x1=t/10%10;//十位
x2=t/100%10;//百位
x3=t/1000%10;//千位
x4=t/10000%10;//万位
x5=t/100000%10;//十万位
a8255_PA=0xdf;
a8255_PB=dis_table[x0];//个位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xef;
a8255_PB=dis_table[x1];//十位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xf7;
a8255_PB=dis_table[x2];//百位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfb;
a8255_PB=dis_table[x3];//千位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfd;
a8255_PB=dis_table[x4];//万位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfe;
a8255_PB=dis_table[x5];
delay(180);//十万位显示
a8255_PA=0xff;
}
4.4A/D转换测量子程序
unsignedcharad0809()
{
ST=0;_nop_();_nop_();
ST=1;_nop_();_nop_();
ST=0;_nop_();_nop_();
while(EOC==0);//开始转换
_nop_();
OE=1;
get_val=P0;
OE=0;
returnget_val;
}
5、统调试与分析
5.1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
的基准电阻,尽量使基准电阻接近
减少测量的误差。
5.2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。
5.3性能分析
1.误差W=
100%,如表格3所示。
2.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,随着量电阻的变大误差变大。
表3系统测试结果
待测值R0
数码管显示值R1
误差W
100Ω
98Ω
2.0%
1kΩ
1024Ω
2.4%
4.7kΩ
4400Ω
3.5%
10kΩ
9650Ω
4.8%
20kΩ
21045Ω
6.3%
6、总结与思考及致谢
这次单片机课程设计意义非同一般,把我们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,我们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,我们看到很多同学都很努力,很认真,我们也不敢懈怠。
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,我们做电阻测量的设计中也遇到了些问题,但通过他人的指点,并查阅很多有价值的书籍,我们从中认识了不少。
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们的帮忙终于有了成果,特别离不开指导老师王善伟的悉心教导,我们受益匪浅,相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习的榜样,给我们很大的启迪。
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,2008
[2]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,2007
[3]张毅刚.新编MCS—51单片机应用设计(第3版).[M].哈尔滨工业大学出版社,2008
[4]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,2006
[5]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
[6]李凤霞,刘桂山,薛庆.C语言程序设计(第二版).北京理工大学出版社,2008
附录一原理图
附录二元件清单
元件名称
类型或量程
数量
芯片
AT89C52
1片
芯片
8255
1片
芯片
ADC0809
1片
杜邦线
2根
万用表
1个
电阻
0.1K、1K、4.7K、10K、20K
各一个
电源线
供电电源线
1根
数码管
HS310361K
2个
附录三设计程序
#include
#include
#include
#definea8255_PAXBYTE[0xD9FF]//PA口地址
#definea8255_PBXBYTE[0xDAFF]//PB口地址
#definea8255_PCXBYTE[0xDDFF]//PC口地址
#definea8255_CONXBYTE[0xDFFF]//控制字地址
#defineVREF4.75//基准电压
//////////////定义0809控制端口////////////////
sbitST=P2^7;
sbitEOC=P3^4;
sbitOE=P2^3;
sbitCLK=P2^0;
//////////////////////////////
unsignedcharget_val;//用于单片机获取0809转化数值
intt;//中间变量
floatlight;//中间变量
unsignedchardis_table[]={0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,
0xba,0x20,0x28,0xff};//数字0-9
unsignedcharcho_led[]={0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//数码管的位
/************************************
*延时函数*
************************************/
voiddelay(unsignedinti)
{while(i--);
}
/************************************
*显示函数*
************************************/
voiddisplay(unsignedintt)
{unsignedcharx0,x1,x2,x3,x4,x5;
x0=t%10;//个位
x1=t/10%10;//十位
x2=t/100%10;//百位
x3=t/1000%10;//千位
x4=t/10000%10;//万位
x5=t/100000%10;//十万位
a8255_PA=0xdf;
a8255_PB=dis_table[x0];//个位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xef;
a8255_PB=dis_table[x1];//十位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xf7;
a8255_PB=dis_table[x2];//百位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfb;
a8255_PB=dis_table[x3];//千位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfd;
a8255_PB=dis_table[x4];//万位显示
delay(180);
a8255_PA=0xff;
a8255_PA=0xfe;
a8255_PB=dis_table[x5];
delay(180);//十万位显示
a8255_PA=0xff;
}
/************************************
*初始化*
************************************/
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如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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- 关 键 词:
- 电阻 测量