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