1、单通道动态数字电阻测量仪毕业论文装订线毕 业 论 文单通道动态数字电阻测量仪毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕
2、业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全
3、了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必
4、要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计
5、（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（
6、设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论
7、文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文
8、（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日摘 要本文基于89C51单片机芯片，利用A/D转换器及数码管，完成了针对热敏电阻的
9、动态电阻测量系统。PTC（正温度系数热敏电阻）热敏材料的性能主要由三大特性表征，其中电阻-温度特性是热敏材料最基本的特性，是衡量其性能的最佳尺度，所以对热敏电阻的阻温特性测试也就尤为重要。本系统采用89C51单片机作为主控芯片，选用了ADC0809进行模拟量到数字量的转换。配合自行设计的外围电路，结合单片机控制实现了对阻值跨度在1欧3千欧热敏电阻的精确测量；外扩数码管显示模块，完成对测试数据的显示；实现了单片机与ADC0809芯片，单片机与数码管及数码管的连接电路。在测试系统的软件部分，论文分别对测量主程序、数据转换程序、显示和系统初始化程序、数据处理程序进行了讨论和设计。系统软件采用C51单
10、片机专用语言编写，利用Keil51编译器编译，产生的目的代码的运行速度高，所需存储空间小。利用本系统对PTC热敏电阻，在其加热的情况下进行电阻测量，可以得到随温度变化的测量值。根据绘出的电阻时间曲线可以看出，系统满足最初的设计要求，可以动态的测量电阻，并且通过数码管以数字的形式显示出来。关键词：PTC电阻（正温度系数热敏电阻）；单片机；AD转换器；阻温特性ABSTRACTThis article is based on thermistor, MCU, A/D converters, and Nixietube, design and completed the dynamic resista
11、nce measurement system.PTC (positive temperature coefficient thermistor) the properties of heat-sensitive materials mainly composed of three characterization, the resistance - temperature properties are the basic properties of heat-sensitive materials, it is the best scale to measure the performance
12、 of the heat-sensitive. So the resistance test of it is very important. The system uses 89C51 microcontroller as the master chip, choice the ADC0809 to complete the conversion of analog to digital. With the external circuit designed by myself, combined with the single-chip to realization the test of
13、 PTCRs resistance in the span of 1-3 k; and the digital tube demonstration module accomplish the display of data; achieve the combined of single-chip with ADC0809 chip , and the circuit of single-chip with digital tube.In the software part of the test system, the paper discussed and design the proce
14、dure of the main measuring program, the data conversion process, and the display system. C51 language of microcontroller system software was used by this system and use Keil51 compiler to compile code. Whos code could running in high speed and just need a small storage space.Use the system to measur
15、e the PTC thermistor in the case of it is heated. The system can get a result change with the changing temperature .It can be seen from the Resistance-Time curve, the system can meet the originally designed requirements. It can measure resistance dynamically, and display the data through digital tub
16、e in digital form.Keywords: PTC；MCU；A/D converters；R-T characteristic目 录第1章 绪论 11.1 基于微处理芯片的智能仪器的发展现状 11.2 传感技术相关概述 21.3 本论文研究的目的和意义 3第2章 系统硬件电路设计 42.1 系统硬件设计思路概述 42.2 电压表设计的总体方案 52.2.1 设计思路 52.2.2设计方案 62.3 电压表A/D转换模块 62.3.1 A/D转换器概述 62.3.2 ADC0808主要特性: 72.3.3 ADC0808外部各引脚功能 72.3.4 ADC0808内部逻辑结构 92.
17、4 数据处理模块 102.4.1 AT89C51单片机性能介绍 102.4.2 AT89C51外部引脚功能 102.4.3 单片机系统的相关电路 122.5 显示模块 132.5.1 四位数码管概述 142.5.2 原理图及引脚图 142.5.3 数码管的译码方式 152.5.4 数码管与单片机接口设计 162.6 外加的分压电路 172.7 整体的电路原理图设计 17第3章 系统软件部分设计 193.1 电阻测量仪的主程序 193.2 初始化程序 203.3 A/D转换子程序 213.4 显示子程序 22第4章 系统运行及测试结果分析 234.1 keil程序调试及proteus仿真 234
18、.1.1 proteus功能及使用概述 234.1.2 调试过程中的问题及解决方案 244.2 实物完成及实物调试 264.2.1 电路板实物测试结果 264.2.2 数码管亮度不够的解决方案 264.2.3 数码管闪烁的解决方案 274.3 实际电阻测量及结果分析 294.3.1 实际测量的情况 294.3.2 测量结果与分析 294.3.3 系统存在的不足 30第5章 全文总结及展望 325.1 工作总结 325.2 展望 32参 考 文 献 34致 谢 35附录1 1单通道动态数字电阻测量仪第1章 绪论1.1 基于微处理芯片的智能仪器的发展现状随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成
19、度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器、计数器、并行和串行接口和A/D转换器等。它是微电子技术与计算机技术的结晶，现已成为集成电路大家族中的重要成员1。尽管单片机是从1982年才开始在我国应用的，但它一经上市便显示出强大的生命力，以其独特的优点迅速占领市场并获得广泛应用。这种超大规模集成电路芯片称为“单片微处理器”，也叫单片机。单片机的出现，对于科学技术的各个领域都产生了巨大影响，同样引起仪器仪表结构的根本性变革。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以很容易地将计算机技术与测量控制技术有机的结合在一起，组成新一代的“智能仪器”2。单片机最大特点是单片化3，体
20、积大大减小、功耗和成本低、可靠性高、易扩展、控制功能强、易于开发。这决定了它在智能仪器的设计中很长时期还会获得形式多样、特点不同的广泛应用。它不仅用于智能仪器、电气设备、数据采集、自动控制及国防工业等技术领域，而且进入亿万家庭。各种普通家用电器中单片机的数量与日俱增。单片机的典型代表是Intel公司在20世纪80年代初研制出来的MCS-51系列单片机3。发型之后在全国迅速得到广泛应用，但Intel公司已集中精力在CPU的生产上，并逐渐放弃了单片机的生产。ATMEL公司是美国20世纪80年代中期成立并发展起来的半导体公司。技术优势在于Flash存储器，公司将Flash与Intel公司的80C51
21、核相结合，形成了Flash单片机AT89系列。由于其具有80C51的原有功能，内部还含有大容量的Flash存储器，又增加了新功能，因此在电子产品开发及智能化仪器仪表中有着广泛的应用，成为目前取代MCS-51系列单片机的主流芯片之一。本论文所研究的系统中便使用的AT89系列的芯片3。1.2 传感技术相关概述传感器技术4是现代科技的前沿技术，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置，称之为信息技术的三大支柱之一。目前敏感元器件与传感器在工业部门的应用普及率已被国际社会作为衡量一个国家智能化、数字化、网络化的重要标志。它通常是实现测试和自动控制系统的首要环节，如果没有传感器对原
22、始数据进行精确可靠的测量则无论是信号转换还是信息处理，或者是最佳数据的显示和控制都将无法实现。因此，传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科正得到空前快速的发展。并且在越来越多的领域被广泛使用。传感器种类繁多其中按使用材料可分为：半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器、超导材料传感器、纳米材料传感器、光纤材料传感器等。其中半导体传感器中的很多元件所测相关量的变化（如温度、适度、某种气体浓度）最终都是通过电阻的变化表现出来的。同时半导体式传感器的应用很多，像我们身边的瓦斯烟雾检测仪、室内温度检测仪、CO探测报警器等都是对半导体式传感器的应用。其种类有半导
23、体气敏传感器、湿敏传感器、色敏传感器、热敏传感器等。热敏电阻器：按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低。 PTCR5是英文Positive Temperature Coefficient Resistance的缩写,意思是正的电阻温度系数，也常用来泛指具有正温度系数的现象和材料。PTC热敏电阻其常温电阻率在10-2104cm之间，当测试温度超过其居里温度时，在几十度温度范围内，其
24、电阻率可以增大410个数量级，即产生所谓的PTC效应。本论文中用的热敏电阻为BaTiO3半导瓷，BaTiO3半导瓷是一种典型的铁电材料，是PTC电阻。 PTCR元件的实用化基本从上世纪60年代开始，利用其基本的电阻-温度特性，电压-电流特性与电流-时间特性，各种不同用途的PTCR元件广泛应用于工业电子设备如计算机和测量仪器，民用电子设备如家用电器和汽车零部件中，以达到传感器、温度补偿、过流保护、定温加热、暖风、自动消磁、马达启动延时等作用。PTCR的三大特性（电阻-温度特性、电压-电流特性、电流-时间特性）一直是科研人员们关注的重点，这三大特性的参数测量主要包括对电阻、电压、电流、温度、频率等
25、基本物理量的测量。在实际的理论研究及工业生产中，PTC热敏电阻元件的测试条件通常都有一定的特殊要求，比如恒定可控的温度环境，零功率测试条件，根据PTC热敏材料特性而需要采用的特定测量方法等。1.3 本论文研究的目的和意义所以最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字类仪表，和基于微处理芯片的系统的快速发展，结合嵌入式微控制器即单片机来设计智能PTCR测试系统，使测试仪表朝着集成化、智能化、模块化、微型化的方向发展，符合智能仪器的发展趋势6。正是由于半导体传感器件的所测环境变量的终端体现很多都是通过电阻变化来判断
26、的，所以电阻测量仪器是很必要的，这便是本论文中动态电阻测量仪系统研究的意义所在。所以，本文中的动态电阻测量仪是对微处理芯片技术和半导体传感器件的联合使用，就是一个相对简单的针对热敏电阻的动态电阻测量系统。第2章 系统硬件电路设计2.1 系统硬件设计思路概述首先本系统的目的是实现电阻的测量，而电阻是不能直接测量的。所以采取的方式便是，借助相关电路的设计及对电压的测量经过相应的算法计算出电阻值并让其在数码管显示。系统利用的是如下的分压电路：图2-1 分压电路原理图其中电源是5V的，R1是一个已知阻值的电阻，RV1变阻器就相当于需要测试的变化的电阻，电压表接在已知电阻的两端，即电压表显示的是阻值已知
27、的电阻两端的电压值。 其本质其实跟传统的比例法测电阻7是相同的，传统的比例法测电阻的原理图以及相关分析如下可见：图2-2比例法测电阻原理图被测电阻Rx与基准电阻R0(即为分压电路中的已知电阻)串联后接在电源V+和COM之间。参考电压输入的VREF+与V+相接，VREF-与测量电压输入端IN+相接，IN-与COM接通。R0上的压降VR0兼作基准电压，Rx上的压降VRX作为输入电压VIN，设流过R0和Rx的电流为I，参数之间关系为： 测量值只与两个电阻的比值有关，而与参量电压VREF的值无关，这就是比例法测电阻的优势所在。所以同样的，在本系统中如果要测电阻，就需要借助电压表测出的已知电阻的电压值，
28、计算出待测电阻的阻值。RXR0(5-V0)/V0现在设计主线已经很明确的，为辅助测试先要设计制作一个一路模拟量输入电压表，能够测量0-5V电压即可。然后再在软件中根据实际电路实现电阻的算法。至于显示规格，我是以千欧为单位显示的，而且显示的变化范围是0到10千欧，所以数码管采用的是四位一体的，可以显示三位小数。所以现在就可以看出来，本系统的硬件电路就是一个数字电压表的硬件电路再外加一个包括待测电阻的分压电路。而最终电阻值的显示是在软件中通过相应算法实现的。2.2 电压表设计的总体方案2.2.1 设计思路数字电压表的系统设计主要包括三大模块：模拟数字转换模块、数据处理模块、显示模块。A/D转换模块
29、采用ADC0808实现。数据处理模块选择AT89C51单片机为核心控制器件8来完成。显示模块采用4位一体的LED数码管实现。图2-3系统整体运行框架2.2.2设计方案数字电压表的硬件电路设计由6个部分组成：时钟电路，复位电路，AT89C51单片机系统9，A/D转换电路，LED显示系统以及测量电压输入电路。硬件电路的设计框图如下所示：图2-4数字电压表硬件设计框图2.3 电压表A/D转换模块2.3.1 A/D转换器概述现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近
30、型，双重积分型、电压频率转换型等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC0809、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字量送到单片机进行分析和显示。一个n位的逐次逼近型A/D转换器只需要比较n次，转换时间只取决于位数和时钟周期，逐次逼近型A/D转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。逐次逼近型A/D转换器10，最开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置1，把数据送入A/D转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则1保留，如果转换的模拟量比输入的模拟量大，则1不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。图2-5逐次逼近型A/D转换器的工作原理图2.3.2 ADC0808主要
