片单机课程设计电阻量测量.docx

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片单机课程设计电阻量测量

电阻量测量

摘要

本设计基于单片机和AD转换器实现电阻的测量。

采用ADC0808，实现由模拟电压转换到数字信号，通过单片机系统AT89C51处理后，由LCD显示器显示被测量电阻的阻值。

测量范围为1Ω～5KΩ，精度大于98%。

其中稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源，对单片机、A/D转换器、LCD显示器供电。

本设计从硬件和软件两部分入手，其中硬件分为数据采集、模数转换、数据显示三个模块。

数据采集通过我们对两方案的分析与对比，决定采用桥式法测量被测电阻电压，A/D转换器使用常见的仿真器件ADC0808，数据显示使用LCD1602。

硬件设计完成后，用Keil编程，编写每个模块的程序。

接着使用Proteus对设计的硬件进行仿真，记录数据并进行了分析，得出误差小，测量范围大的结论。

最后使用AltiumDesigner绘制仿真电路的原理图和PCB板。

关键词：

AT89C51单片机，Proteus仿真，数据处理

目录

第一章绪论1

第二章总体设计2

§2.1总体设计思路2

第三章硬件设计5

§3.1直流稳压电源电路的设计5

§3.2电压测量的设计5

§3.3模数ADC转换的设计7

§3.4液晶显示电路的设计7

第四章软件设计11

§4.1主程序工作流程图11

§4.2程序设计11

第五章软件仿真12

§5.1Protues仿真图12

§5.2AltiumDesigner原理图14

第六章设计结论16

参考文献17

附录19

第一章绪论

随着现代科技的飞速发展，生产生活中人们对工具的要求越来越高。

其中对我们日常所使用的电阻表的精度和性能也要求越来越高，并且电阻表完全可以通过现代科技来实现智能化，测量不同阻值的电阻。

测量不同阻值的电阻时，可以更换档位。

并且同时显示出阻值和量程。

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。

将电阻参数转化为电压形式，并通过模数转换，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。

本设计从硬件和软件两部分入手，其中硬件分为数据采集、模数转换、数据显示三个模块。

数据采集我们采用桥式法测量被测电阻电压，A/D转换器使用常见的仿真器件ADC0808，数据显示使用LCD1602。

硬件设计完成后用Keil编程，具体程序在正文当中，最后对设计的电路进行仿真，记录显示数据和实际数据，并进行数据对比，得出结论。

第二章总体设计

§2.1总体设计思路

本设计包括硬件和软件设计两个部分。

模块划分为电压测量（数据采集）、模数转换、阻值显示等子模块。

电路结构可划分为：

电压测量，电压转换电阻，阻值显示及相关的控制管理软件组成。

用户终端完成信息采集、处理、数据传送、显示等功能。

从设计的要求来分析该设计须包含如下结构：

电压测量电路，电压转换电路，阻值显示电路、单片机及相关的控制软件组成。

A/D转换器：

ADC0809是很常用的一款8位的模数转换芯片。

而ADC0808是0809的简化版，主要的不同点是0808的转换输出out0-7与常用的输出端高低位是相反的，即0809的最低位是out0，0808的最低位是out7.ADC0808在实际中不常用，实际中常用的是0809，而0808最常用的是在proteus仿真里面，因为0809是没有模型库，无法仿真的。

ADC0808和ADC0809除精度略有差别外（前者精度为8位、后者精度为7位），其余各方面完全相同。

它们都是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。

利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

1）主要技术指标和特性

（1）分辨率：

8位。

（2）总的不可调误差：

ADC0808为±2LSB,ADC0809为±1LSB。

（3）转换时间：

取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。

（4）单一电源：

+5V。

（5）模拟输入电压范围：

单极性0～5V；双极性±5V,±10V（需外加一定电路）。

（6）具有可控三态输出缓存器。

（7）启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始工作。

（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。

2）部分外部引脚介绍

（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。

8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。

（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。

（4）VR（+）、VR（-）——正、负参考电压输入端，用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。

在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。

显示器：

选用LCD1602。

工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。

1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

特性：

3.3V或5V工作电压，对比度可调；

内含复位电路；

提供各种控制命令,如：

清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；

有80字节显示数据存储器DDRAM；

内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM;

8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM；

微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中；

操作控制。

它们之间的构成框图如图2-1总体设计框图所示：

图2-1总体设计框图

处理器采用51系列单片机AT89C51。

整个系统是在系统软件控制下工作的。

当测量一个电阻时，经过电压采集，电压转换为电阻，电阻显示三个部分可以在LCD上显示该被测电阻的阻值。

当被测电阻为100Ω范围以内时，通过开关选择测量量程，再次测量该电阻，以减小误差。

第三章硬件设计

§3.1直流稳压电源电路的设计

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源电路的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。

电子设备除用电池供电外，还采用市电（交流电网）供电。

通过变压、整流、滤波和稳压后，得到稳定的直流电。

直流稳压电源是电子设备的重要组成部分！

本项目直流稳压电源为+5V。

如下图所示：

直流稳压电源的制作一般有3种制作形式，分别是分立元件构成的稳压电源、线性集成稳压电源和开关稳压电源。

下图稳压电源采用的是三端集成稳压器7805构成的正5V直流电源。

图3-1三端固定式集成稳压电源电路图

§3.2电压测量的设计

电路的论证与对比

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，其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如图3-2所示。

图3-2方案一原理图

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关系是：

Tx=R*Cx*ln3

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。

方案二

用ADC0808电阻测量，以已知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ACD0808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。

其原理图如图所示。

图3-3方案二原理图

方案的对比与比较

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。

如图3-4所示为被测电阻电压测量。

电压经过已知电阻R1和被测电阻Rx接到地。

通过OUT输出被测电阻Rx上的电压。

送到ADC0808的IN0口。

图3-4被测电阻电压测量图

§3.3模数ADC转换的设计

由电压测量得到的电压经过ADC模数转换可得到8位的电压值，经过欧姆定律（即电压之比等于电阻之比）可得到被测电阻的阻值的大小。

公式如下

本设计用到的R1的阻值为600Ω和300Ω。

由被测电阻得到的电压经ADC0808的26脚IN0输入，经过内部的AD转换，在OUT1～7输出数字电压量，经过上述公式的转变，在P2口上的显示的数字量为被测电阻的阻值数字量。

如图3-5所示为被测电阻电压量转换为阻值量。

OUT

P2

图3-5被测电阻电压量转换为阻值量图

§3.4液晶显示电路的设计

经过ADC0809模数转换得到的电阻值数字量，在MCU的P2口输入，MCU系统处理后在P0口由LCD1602显示出来该被测电阻的阻值。

如图3-6所示为被测电阻阻值显示。

ADCOUT1~OUT7

图3-6被测电阻阻值显示图

单片机时钟电路的设计：

本系统采用单片机内部方式产生时钟信号，用于外接一个12MHz石英晶体振荡器和2个30pF微调电容，构成稳定的的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部的时钟电路。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。

如图3-7所示为时钟电路。

图3-7时钟电路图

单片机复位电路的设计：

确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。

复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端口持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作[6]。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图3-8所示为复位电路。

图3-8复位电路图

由时钟电路和复位电路连接的单片机最小系统如下图所示：

图3-9单片机最小系统

系统硬件电路的选择及说明：

硬件电路的设计如上文图中所示，从以上的分析可知本设计中要用到如下器件：

AT89C51、ADC0808转换器、LCD1602、按键等一些单片机外围应用电路，以及单片机的手工复位，单片机电源电路等。

其中R3，R6电阻为已知电阻，R4，R5为不同测量精度下的未知电阻，开始工作时可在LCD上观察到被测电阻的阻值。

电路设有2个按键，S1键作为阻值测量精度的选择键，S2键作为电路复位键。

第四章软件设计

§4.1主程序工作流程图

按上述工作原理和硬件结构分析可知系统主程序流程图如下图所示

无正常显示<300Ω

正常显示