基于STM32简易自动电阻测试仪的硬件设计Word下载.docx
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TFTcolortouch;
screen
附录
附录1要紧元器件清单
附录2STM32F103ZET6小系统板原理图
附录3单片机小系统板转接板PCB图
附录4恒压源PCB图
附录5产品实物图片
1引言
目前人们普遍利用的电阻测试仪是万用表，用万用表测试电阻有两个缺点：
其一大多数时候测试一个电阻就需要人为的换挡。
其二不能自动挑选电阻，需要人为判定。
万用表不能快速智能的完成电阻的阻值测量及挑选且利用起来进程繁琐，令人们在设计检修电路不时刻加长，而在设计检修中咱们希望能够快速的测量电阻的阻值，自动完成电阻阻值的测量挑选。
基于以上运用本人设计了“简易自动电阻测试仪”。
2系统方案论证与选择
主控芯片的选择
方案一：
采纳STC89C52系列单片机。
STC89C52系列单片机的进展已经有比较长的时刻，应用比较普遍，各类技术都比较成熟，但此系列单片机为8位单片机，处置速度不是专门快，且内部资源太少，不能知足设计要求。
方案二：
采用TI公司MSP430系列单片机。
MSP430系列的单片机是一种16位超低功耗、具有精简指令的混合信号处置器，时钟频率在8MHz。
内部集成了一个12位DAC和一路12位的ADC，若是要实现系统设计要求双闭环电路就需外接一路12位ADC，使电路复杂。
方案三：
采纳ST公司的STM32系列单片机STM32F103ZET6。
STM32系列单片机基于专为要求高性能、低本钱、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM内核。
STM32F103ZET6属于STM32系列中的“增强型”系列，时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品，内置512K的闪存。
具有丰硕的片上外设和很强的运算能力。
内部集成了三路12位ADC和高达18路AD采样通道，完全知足系统设计所要求的双闭环电路。
比较以上三种方案：
STC89C52单片机内部资源太少，MSP430F149单片机内部ADC不够用，STM32F103ZET6具有MSP430的所有优势，且内部资源丰硕，能够完全知足设计需求，故选择方案三。
5V恒压模块的选择
选择电源模块的5V电压，作为待测电阻的供电电压，如此做可使电路结构变得很简单。
但纯在的问题是，电源模块的5V电压加在待测电阻模块上，当待测电阻很小时，使电压被拉低，致使其他需要5V电压的模块不能正常工作。
选择OPA548运放芯片来单独为待测电阻模块供电。
需要用到STM32F103ZET6内部集成一个12DAC，来操纵OPA548的输入从而操纵它输出，在通过单片机芯片内部的一个12位ADC将运放输出采回来跟DAC的输出进行对照，从而形成一个闭环系统，输出5V恒定的电压。
如此做的优势，可使系统运行超级稳固，且测试电阻也超级精准。
比较以上两种方案：
方案二能抵达设计要求,因此本设计采纳方案二。
显示模块的选择
利用带有中文字符的12864液晶显示。
12864液晶结构简单，易于操纵，但分辨率太低，不能很清楚的显示由电位器的转变所形成的各点连成的曲线。
利用寸TFT-LCD。
寸TFT-LCD，是具有26万色
分辨率高清楚显示屏，16位真彩显示，能够显示数字、字符、图片、显示内容丰硕，能够很清楚的显示本设计中所要求的各类参数和由电位器的转变所形成的各点连成的曲线。
自带触摸屏，能够用来作为操纵输入。
12864液晶显示器分辨率太低，不能很清楚的显示由电位器的转变所形成的各点连成的曲线，而寸TFT-LCD能够完全知足，应选择方案二。
3系统设计
系统总框图
电源模块
J
STM32F103ZET6
DA
AD
恒压芯片
恒压采样
电压跟随
固定电阻网络
档位切换
待测电阻
采样
显示
步进
电机
图3-1系统框图
系统设计思路
本系统框图如（图3-1）所示由①电源模块，②STM32F103ZET6小系统模块，③恒压芯片、恒压采样、电压跟从组成的5V恒压源模块，④固定电阻网络、档位切换、待测电阻、采样、电压跟从组成的继电器自动换档测电阻模块，⑤步进电机模块，⑥TFT真彩触屏显示模块组成。
该设计分为2个闭环系统：
⑴通过单片机操纵一个内部集成的12位DAC给运放芯片OPA548的输入电压从而操纵运放的输出电压，然后采样输出的电压，用电压跟从器将采样电压给单片机内部的一个12位ADC，将DAC输出的电压和ADC采回的电压对照，通进程序自动补偿，让OPA548的输出为恒压5V。
⑵将恒压5V送给电阻网络（共4路电阻网络起到限流和限压的作用）,再通过档位切换（由四个继电器组成，起自动换挡的作用）,再通过待测电阻到地。
然后将待测的电阻两头的电压采样到电压跟从器送到单片机内部的一个12位ADC，最后通进程序计算出电阻值。
为了使测量加倍精准程序上采取了如此的方式：
将第一路ADC的值乘以2推出当前5V恒压值，把那个当前恒压值作为第二个闭环系统的总电压值，再利用同一支路电流相等的特性来计算待测电阻的阻值。
公式为：
其中R3周密电阻值，r是待测电阻值。
是那个方式去掉了直接用5V来作为第二个闭环系统的总电压的误差，使得测量精度大大提高。
本设计的步进电机模块作为一个附加模块，它实现的功能是：
由单片机去操纵步进电机，来旋转电位器取得不同的电阻值，将电位器不同阻值产生的不同电压送给单片机内部一个12位ADC，单片机处置后在屏幕上显示出阻值转变的曲线。
4硬件电路设计
电源模块的设计
+12V和+5V采纳LM2576系列3A开关型稳压器，这种稳压器是单片机集成电路，能提供降压开关型稳压器的各类功能，能驱动3A的负载，有优良的线性和负载调整能力。
这系列稳压器内都含有频率器和一个固定频率振荡器，将外部元件的数量减少到最小，利用方面。
它在指定输入电压和输出负载条件下保证输出电压的正负4%的误差。
它的效率比流线型的三端线性稳压要高得多，是理想的代替。
-12V采纳三端固定式集成稳压模块LM7912，它内部由采样、基准、放大、调整和爱惜等电路组成。
爱惜电路具有过流、过热、及短路爱惜功能。
能在利用要求不是很高的场合利用，图4-1为设计电路。
图4-1电源模块电路
OPA548组成的5V恒压模块设计
恒压源模块电路如（图4-2）所示，利用高电压，高电流运算放大器OPA548连接低噪声周密运算器TLC2202，通过单片机内部的一个ADC输出值。
调剂OPA548输出，组成5V恒压闭环系统。
图4-2恒压电路
继电器组成的自动换挡测电阻模块
自动换挡模拟电路如（图4-3）所示，采纳4路用继电器，作为自动开关，实现档位转换。
该电路主若是依照电阻分压的原理来实现，然后待测电阻上接一个电压跟从器（跟从器起阻抗匹配的作用）把电压送给单片机内部的一个ADC，单片机内部再相应的运算处置，然后在I/O口上输出一个高电位，使相对应的继电器“嗒”的一声导通，测出被测电阻的阻值，显示到屏幕上去。
其中固定电阻网络由四只定值电阻组成，由于单片性能够搜集的电压超过就会采样不精准，搜集电压设定为。
其阻值可依照以下的分压公式计算得出来。
档时，假定被测电阻值为
，那么
。
计算可得R=
，即
档固定电阻值为
1kΩ档时，假定被测电阻值为
KΩ，那么
KΩ档固定电阻值为。
KΩ档时，假定被测电阻值为
KΩ，即
KΩ档固定电阻值为
KΩ。
MΩ档时，假定被测电阻值为
MΩ，那么
MΩ，即
MΩ档固定电阻值为
MΩ。
图4-3继电器组成的自动换挡测电阻模拟电路
电机驱动模块
电机驱动模块电路如（图4-4）所示，本设计自动测量和显示电位器阻值随旋转角度转变曲线利用步进电机转动带动电位器旋转从而改变电位器电阻，为了能更好的达到设计要求，咱们采纳L298N作为步进电机驱动。
图4-4步进电机驱动电路
TFT触屏显示模块
采纳寸TFT触摸屏显示，该显示屏为320*240分辨率，16位真彩显示，显示速度快，可显示字符，文字，图片，本产品操作界面简练准确，显示成效良好。
显示模块与主控芯片接口电路如（图4-5）所示。
图4-5TFT液晶接口电路
5软件设计
软件设计思路说明：
软件部份共分为5个部份。
其一，手动换挡。
其二，自动换挡。
其三，电阻挑选。
其四，刻画曲线。
其五，屏幕显示。
前四个部份的信息最后送到第五部份显示。
软件逻辑框图如（图5-1）所示。
开始
初始化配置
描绘曲线
自动换挡
手动换挡
电阻筛选
屏幕显示
5-1软件逻辑
6系统测试
测试方式为：
第一在周密电阻箱上给出一个阻值，然后用数字万用表测得为多大阻值，再用本产品测试，并记录，依照公式
（
为被测电阻，
为实测电阻值，
万用表测得的阻值）
计算出误差，并观看档位是不是自动正常跳转。
100档位的测试
待测电阻值
（Ω）
万用表
测试（Ω）
实测
误差
是否正确
跳转档位
29
%
是
47
83
100
76
Ω档测试时，在电阻箱上给出任意的5个阻值，第一是万用表来测，然后由本产品测试。
经公式计算，误差均在题目规定范围内，同时也实现了自动换档的功能。
1KΩ档位的测试
（kΩ）
测试（kΩ）
780
395
243
242
190
189
892
KΩ档测试时，在电阻箱上给出任意的5个阻值，第一是万用表来测，然后由本产品测试。
10KΩ档位的测试
1K
999
10MΩ档位的测试
12M
M
6M
0M
00M
2M
MΩ档测试时，在电阻箱上给出任意的5个阻值，第一是万用表来测，然后由本产品测试。
通过观看以上的测试数据，能够看出来在每一个档位的测试时，误差均在
以下，达到了题目的要求，而且依照不同阻值的电阻自动切换档位。
7设计总结
本设计实现了电阻的自动测量，自动挑选，自动描点，它比传统的手动测量方式有着显著的优越性，不仅能够实现电阻的自动测量和自动挑选，而且测量精准度很高。
另外，本系统设计仅采纳一块STM32F103ZET6单片机作为主控芯片，加以少量的硬件电路，电路设计简单，并利用C语言编写程序，系统的靠得住性很高。
通过大量的测试证明，本系统达到了预期的成效。
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人民邮电出版社,2005.
致谢
通过两个多月的时刻，我在导师廖建文的指导下，完成了整个系统的设计和制作。
在这段时刻当中，感受最深的确实是解决问题的一些方式、技术。
在整个设计进程中，我碰到了很多的问题，通过查阅相关资料、平复理性的分析、方案的对照和实验证明，最终解决了所碰到的问题。
这一次的毕业设计，不但增强了我的实践能力和论文的写作能力，更让我知道了理论和实践相结合的重要性。
固然，本系统设计中还存在着一些不足的地方，有待修正提高，恳请列位评委教师批评指正。
感激学校给我这一次锻炼的机遇，感谢我的教师和同窗们在整个进程中给予我的帮忙，才使得我的毕业设计顺利终止。
附录1要紧元件清单
元件名称
型号
数量
单片机小系统
1
恒压源芯片
OPA548
精密电阻
6.49MΩ
Ω
680Ω
68Ω
继电器
C223760
4
步进电机
30BYJ26
电位器
旋转式单圈电位器
显示器
寸TFT-LCD
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