多通道动态数字电阻测量仪.doc
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大连海事大学
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毕业论文
二○一四年六月
多通道动态数字电阻测量仪
专业班级：
通信工程4班
姓名：
吴雪蕉
指导教师：
刘剑桥
信息科学技术学院
摘要
本文基于89C51单片机芯片，利用A/D转换器及数码管，完成了针对多路变化电阻的多通道动态电阻测量系统。
传感器等一些器件作为将外界环境信号变化为电信号的装置，其基本部件一般都是感知电阻，感知电阻是实现电阻—非电信号的转换关键，而感知电阻的变化范围是衡量传感器性能的最佳尺度，所以实现电阻的动态测量很重要。
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～1千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。
在系统的软件部分，论文分别对信号形成模块与模拟信号采集模块、模数转换模块与单片机控制、单片机与数字显示模块等模块的连接进行了论述，并且对程序的设计进行了分析。
系统软件采用C51单片机专用语言编写，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。
在硬件调试部分，本文对硬件调试问题进行了分析讨论，并对系统测量的误差进行了分析，并且对系统的局限性进行了讨论。
利用本系统可以同时对多路电阻信号进行动态测量，系统可按照通道自然顺序依次将每个通道所测量的电阻值依次发送到数码管，实现多路显示。
关键词：
传感器；单片机；AD转换器；多路显示
I
ABSTRACT
Thisarticleisbasedonthermistor,MCU,A/Dconverters,andNixie tube,designandcompletedthedynamicresistancemeasurementsystem.
Thesensorswhichworkasadevicethatchangetheexternalenvironmentsignaltoanelectricalsignal,isgenerallybasedonthePerceivedresistance,whichisthekeytorealizeresistance-non-electricalsignalconversion,andtherangeofthePerceivedresistanceisbestmeasuredscaleofthesensors,sothedynamicmeasurementofresistanceisimportant.Thesystemuses89C51microcontrollerasthemasterchip,choicetheADC0809tocompletetheconversionofanalogtodigital.Withtheexternalcircuitdesignedbymyself,combinedwiththesingle-chiptorealizationthetestofresistanceinthespanof1Ω-1kΩ;andthedigitaltubedemonstrationmoduleaccomplishthedisplayofdata;achievethecombinedofsingle-chipwithADC0809chip,andthecircuitofsingle-chipwithdigitaltube.
Accordingtothesoftwarepartofthesystem,thepaperdiscussedtheconnectedbetweenthesignalformmoduleandtheanalogsignalacquisitionmodule,theconnectedbetweenanalogtodigitalconversionmoduleandMCUcontrolmoduleandtheconnectedbetweenMCUanddigitaldisplaymodule.Andthepaperalsoanalyzedthedesignofprogram.C51languageofmicrocontrollersystemsoftwarewasusedbythissystemanduseKeil51compilertocompilecode.Who’scodecouldrunninginhighspeedandjustneedasmallstoragespace.Inthepartofhardwaredebugging,wediscussedthehardwaredebuggingussues,analyzedthemeasurementerrorofthesystem,anddiscussedthelimitationsofthesystem.
Thesystemcanbesimultaneouslyusedtomeasuremultipledynamicresistancesignal.Resistancevalueofeachchannelcanbemeasuredaccordingtotheirthenaturalorder,andthentheresistancevaluewillbesenttotheDigital,realizingmulti-channeldisplay.
Keywords:
Sensor；MCU；A/Dconverters；Multi-ChannelDisplay
IV
目录
第1章绪论 1
1.1微处理芯片的智能仪器发展现状 1
1.2传感器的背景介绍 2
1.3本设计研究的目的和意义 2
第2章硬件电路设计原理 4
2.1方案设计 4
2.2单片机8051芯片 4
2.2.1单片机8051的组成 4
2.2.2单片机8051的CPU 6
2.2.3单片机8051的I/O端口 6
2.3ADC0809芯片 7
2.4数码管显示 10
2.4分压电路 12
第3章系统设计仿真与软件实现 13
3.1模块及其连接 13
3.1.1模拟信号形成模块与模拟信号采集模块 14
3.1.2模数转换模块与单片机控制 14
3.1.3单片机与数字显示模块 16
3.2仿真与软件控制 17
3.2.1Proteus和Keil功能及使用概述 18
3.2.2程序设计 19
第4章硬件调试与误差分析 23
4.1实物焊制和通道测量 23
4.2误差分析 24
4.2.1数据测量 24
4.2.2误差分析 26
4.3局限性 27
第5章全文总结 29
5.1总结和应用 29
5.2展望 29
参考文献 31
致谢 32
附录1 1
多通道动态数字电阻测量仪
多通道动态数字电阻测量仪
第1章绪论
1.1微处理芯片的智能仪器发展现状
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传感器的背景介绍
在实际测量工作中，我们经常会遇到的多路电阻难以测量的问题。
加上如果电阻是随外界环境，如温度，湿度，压力等变化的，那么测量就会更加复杂。
通常我们生活中会遇到各种各样的传感器，这些传感器一般都是所谓的半导体传感器，即外界变化通过电阻，电容，电感等的变化为电信号，而回馈给系统。
而我们生活中比较常见的一般是电阻式的传感器。
所以电阻的动态测量显得很重要了。
传感器，简单地说是一种特殊的功能变换装置，这种装置够感受，检测到某种形式的信息，业将它变换成电信号。
传感器是各种机械和电子设备的感觉器官，它能够感觉到诸如光、色、温度、压力、声音、湿度、气味、运动等各种物理量、化学量，生物量与机械量等的存在、变化和差异，相当于人具有的视觉、嗅觉、味觉、听觉、触觉等五官功能。
随着技术的发展和新型传感器材料的出现，传感器的功能将超越人的五官功能。
检测到人们无法承受的高温、高压等恶劣环境一下的各种信号以及人的五官检测不出的微弱信号。
[4]
半针体传感器是指用半导体材料[16]，如Si、Ga、InP等做成的固态传感器，是利用这些材料所具有的对各种物理和化学反应的特征来实现对各种物理、化学、生物量的检测。
半导体传感器具有体积小、重最轩、耗能少、响应快，对非电量的灵敏度高等优点，易于实现集成化，多功能化和智能化，易于和计算机接口，适于批量生产，十多年来得到了迅速发展，必将代替经典的传感器而成为传感器中的主流。
〔所谓经典传感器是一种结构型传感器，是利用传感器结构的几何尺寸的变化而检测信号的：
即当传感器受到各种信息量后，其本身的几何尺寸一一如位省、角度、厚度等将发生变化，由这些几何尺寸的变化而感受到外界的某些信息）。
通过半导体对某种非电信号的灵敏特性，可以将我们感知不到的微弱的非电信号转化为电信号。
从而易于被系统识别。
传感器的这种电阻易变性需要一个系统对其进行动态测量，动态显示
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