简易自动电阻测试仪.docx
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简易自动电阻测试仪
简易自动电阻测试仪
摘要
本设计根据题目要求制作一台简易自动电阻测试仪，能够测量100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档不同的量程，并实现其中前三档的自动量程转换功能，同时自动显示小数点和单位。
基于这些要求，经过讨论，决定利用ADC芯片将电阻参数转化为频率，频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。
通过输入单片机AT89C52控制继电器控制被测频率的自动选择，输入输出控制采用LED指示灯、LCD1602显示系统和蜂鸣器电路组成，能很好的实现各个要求。
单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，另一方面便于使仪表实现自动化，设计时间短，成本低，可靠性高。
关键字：
AT89C52单片机ADC芯片继电器自动量程转换
一、选择题目
目前电子设备发展迅猛，很多便利仪器出现。
这次设计的仪器具有四个档位量程的简易自动电阻测试仪，量程分别为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个档，难点在于小电阻的测量的精度。
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电阻单位，如99.9欧姆，并实现前三个档位的自动量程转换。
在本设计中我重点介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f的方法，之后采用单片机控制，再通过程序处理运算求出R的数值，最后应用LCD1602显示模块限制阻值。
目前市场测量电子元器件参数R的仪表种类繁多，并且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。
二、方案论证
2.1方案论证与选择
方案一：
最基本的就是根据R的定义式来测量。
在如图2-1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2-2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2-1定义法测电阻图2-2万用表测电阻
方案二：
把电阻转换成频率信号f，转换的原理是用A/D芯片将连续变化的模拟信号转变为数字信号频率，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。
2.2设计思路
2.2.1总体方案组成和说明
选择系统的电路设计方框图如图2-3所示，它由四个部分组成：
①管理控制部分的主芯片采用单片机AT89C52；②测量的部分主要是采用A/D芯片实现将被测电阻的阻值转换为频率；③通道的选择部分通过52单片机I/O接口连接继电器来控制自动选择被测电阻的档位；④显示的部分是通过LCD1602、二极管指示灯及蜂鸣器而组成的测量部分。
测量电路
被测电阻
A
D
C
芯片
继电器选择通道量程
52
单
片
机
二极管指示灯
LCD1602显示
蜂鸣器判断是否超出量程
图2-3设计框图
2.2.2组成部分及其说明
第一，控制部分
（1）分析：
本设计采用AT89C52单片机，利用其具备的中断系统和延时程序来控制换挡，以及LCD1602液晶屏的显示等等功能。
（2）原理图
图2-452单片机最小系统设计
第二，测量部分
（1）计算分析：
利用ADC0832实现转换被测电阻的频率，通过52单片机的I/O接口的自动识别电阻量程，来实现自动测量。
（2）仿真图&原理图
图2-5
（1）ADC转换电路仿真图
图2-5
（2）ADC转换电路原理图
第三，通道选择部分
（1）分析说明：
本设计通过单片机控制来控制继电器完成自动选择，继电器是一种电子控制器件，它具有输入回路和输出回路，经常应用于自动控制电路中，原理实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
所以在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
（2）仿真图
图2-6继电器自动选择电路
第四，显示部分
（1）分析说明：
使用1602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）仿真图&原理图
图2-7
（1）1602显示仿真图
图2-7
（2）1602显示原理图
三、设计实现
3.1测量电路设计
根据题目要求，采用ADC芯片，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。
所以要选择合适的电阻大小，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，从而算出3个电阻的值以及对应频率范围。
档位
电阻R1
频率范围
100Ω~1KΩ
R1=200Ω
8500~9500HZ
1KΩ~10KΩ
R2=10KΩ
3600~6600HZ
10KΩ~10MΩ
R3=500KΩ
11000~16400HZ
表3-1电路对应量程参数
3.2通道选择电路设计
利用继电器类别的转换，继电器型号为943-1C-5DS,5v控制开关关断
电路流程图如下：
超量程吗？
最高量
程吗？
继电器
图3-3量程自动转换流程图
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：
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个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表1所示：
表1P3特殊功能口
P3口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行口输入）
P3.1
TXD（串行口输出）
P3.2
INT0（外部中断0输入）
P3.3
INT1（外部中断1输入）
P3.4
T0（定时器0外部脉冲输入）
P3.5
T1（定时器1外部脉冲输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写脉冲输出）
P3.7
RD（外部数据存储器读脉冲输出）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
3.4显示电路
系统的显示部分采用LCD1602液晶显示模块。
3.5软件设计
系统通过频率来控制量程自动切换，并根据换算对应的电阻，然后再控制显示模块输出。
Yes
NO
初始化
通过采样中断计算频率
计算R的值
通过R的范围，确定档位
1602显示
判断是否在规定频率内
开始
结束
一个继电器
至高，其它至低
图3-2程序设计流程图
四、测试及结果分析
4.1测试方法及使用的仪器
测量方法：
采用555多谐振荡电路，将电阻量转换为相应的频率信号值。
再利用单片机及有关程序对范围的选择，显示侧量出数值。
测试使用的仪器设备：
数字万用表、示波器。
4.2指标测试和测试结果
表4.1.2测试结果对照分析表
档位
测量值
测量值
实际值
100Ω~1KΩ
101Ω
98.9Ω
1KΩ~10KΩ
1014Ω
998.9Ω
10KΩ~10MΩ
-
989KΩ
五、结论
本设计实现了一种利用52单片机实现的简易电阻测试仪，基于单片机和量程自动切换电路的控制系统，能够根据待测电阻的大小实现适当频率的控制，再分别采样频率，通过程序计算待测电阻Rx并在1602液晶上显示。
并且测量的数据结果较稳定。
设计过程中出现问题有以下：
1.在使用ADC芯片电路中电阻值时，由于单片机对10HZ~10KHZ的频率计数精度最高。
所以要选用合理的电阻大小。
同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，这样给我们计算带来了很多的麻烦。
2.我们接收到频率较高，所以通过电路很难控制精确度，产生的误差比较大。
3．继电器在使用时最高位的继电器无法工作导致量程只能在0到1k。
4、在实验过程中时常有捉襟见肘的感觉，一方面是理论不足，很多好的方案，好的思想由于理论的匮乏，无法理解，也不能使用，在以后的学习过程中理论的学习始终是重点；还有就是程序的问题，由于编程水平跟不上，加上思路也不清晰，导致程序的编写存在很大的问题，好的思想，无法在程序中展现出来，这也是以后需要加强的地方。
参考文献
1.高吉祥，黄智伟，丁文霞.数字电子技术[M].北京：
电子工业出版社，2003年，第1版
2.邹其洪黄智伟高嵩.电工电子实验与计算机仿真[M].北京：
电子工业出版社，2003年，第1版
3.张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建：
福建科学技术出版社.2000.7第一版.
4.黄智伟.电子电路计算机仿真设计[M].北京：
电子工业出版社，2004年第1版
附录
附录1:
主要元器件清单
at89c52单片机
1
12M晶振
2
11.0592M晶振
2
22pf瓷片电容
5
4.7k电阻
2
2.5k电阻
2
200电阻
2
10k电阻
2
500k电阻
2
3.3k电阻
2
AD转换器adc0832
2
mps8098三极管
5
继电器G2RL-1AB-DC5
5
蓝白电位器10k
2
排针
2
8脚排座
2
40脚排座
2
蜂鸣器
2
1n4148二极管
5
2n2222三极管
3
发光二极管
2
附录2：
程序清单
#include
#include
#defineucharunsignedchar
uchartable[]={0x00,0x04,0x0A,0x11,0x11,0x0A,0x1B,0x3B,};
uchartable1[]="THERESIS:
";
sbitCS=P1^5;
sbitClk=P1^6;
sbitDI=P1^7;
sbitDO=P1^7;
sbitrs=P2^0;
sbiten=P2^1;
sbitj1=P2^7;
sbitj2=P2^6;
sbitj3=P2^5;
sbitbeep=P1^4;
sbitled=P2^3;
voiddelay（intx）
{intj;
for（;x>0;x--）
for（j=20;j>0;j--）;
}
ucharADC0832（ucharCH）
{
uchari,dis0,dis1,date;
Clk=0;//拉低时钟
DI=1;//初始化
delay
（1）;
CS=0;//芯片选定
delay
（1）;
Clk=1;//拉高时钟
delay
（1）;
if（CH==0）//通道选择
{
Clk=0;//第一次拉低时钟
DI=1;//通道0的第一位
delay
（1）;
Clk=1;//拉高时钟
delay
（1）;
Clk=0;//第二次拉低时钟，ADC0832DI接受数据
DI=0;//通道0的第二位
delay
（1）;
Clk=1;
delay
（1）;
}
else
{
Clk=0;
DI=1;//通道1的第一位
delay
（1）;
Clk=1;
delay
（1）;
Clk=0;
DI=1;//通道1的第二位
delay
（1）;
Clk=1;
delay
（1）;
}
Clk=0;//第三次拉低时钟,此前DI两次赋值决定通道
DI=1;//DI开始失效，拉高电平，便于DO数据传输
for（i=0;i<8;i++）//读取前8位的值
{
delay
（1）;
dis0<<=1;
Clk=1;
delay
（1）;
Clk=0;
if（DO）
dis0|=0x01;
else
dis0|=0x00;
}
for（i=0;i<8;i++）//读取后8位的值
{
dis1>>=1;
if（DO）
dis1|=0x80;
else
dis1|=0x00;
delay
（1）;
Clk=1;
delay
（1）;
Clk=0;
}
if（dis0==dis1）//两次结束数据比较，若相等
date=dis0;//则赋值给dat
delay
（1）;
CS=1;//释放ADC0832
DI=1;//拉高输出端，方便下次通道选择DI端有效
Clk=1;//拉高时钟
delay
（1）;
returndate;
}
longdatch（uchara,longst）//计算电阻
{longy;
doublex=1.0*st*（255-a）/a;
y=x;
returny;
}
voidwritecom（ucharcom）
{rs=0;
P3=com;
delay（10）;
en=1;
delay（10）;
en=0;
}
voidwritedat（uchardate）
{rs=1;
P3=date;
delay（10）;
en=1;
delay（10）;
en=0;
}
voidinit（）
{
en=0;
writecom（0x38）;
writecom（0x0c）;
writecom（0x06）;
writecom（0x01）;
}
voiddisplay（longx）
{intj,wei=12;
for（j=0;j<18;j++）//qinhkongxianshi
{writecom（0xc0+14-j）;
delay（10）;
writedat（32）;}
for（j=0;x>0;j++）//qinhkongxianshi
{if（（j%3==0）&&（j>0））
{writecom（0xc0+wei-j）;writedat（44）;wei--;}
writecom（0xc0+wei-j）;
delay（10）;
writedat（x%10+48）;
x=x/10;
}
}
longJ1（void）
{j1=1;
j2=0;
j3=0;
delay（40）;
returndatch（ADC0832（0）,200）;
}
longJ2（void）
{j1=0;
j2=1;
j3=0;
delay（40）;
returndatch（ADC0832（0）,10000）;
}
longJ3（void）
{j1=0;
j2=0;
j3=1;
delay（40）;
returndatch（ADC0832（0）,500000）;
}
voidmain（）
{
intj;
longx,s=1;
led=1;
beep=0;
init（）;
j1=1;
j2=0;
j3=0;
for（x=0;x<11;x++）
{
writedat（table1[x]）;
delay（10）;
}
writecom（0x40）;
for（x=0;x<8;x++）
{
writedat（table[x]）;
}
delay（10）;
writecom（0xc0+15）;
writedat（0x00）;
while
（1）
{
if（j1==1）
{
s=J1（）;
if（s>=1900）
s=J2（）;
if（s>=100000）
s=J3（）;
}
elseif（j2==1）
{
s=J2（）;
if（s<=1900）s=J1（）;
elseif（s>=100000）s=J3（）;
}
elseif（j3==1）
{
s=J3（）;
if（（s<=100000）&&（s>1900））s=J2（）;
if（s<=1900）s=J1（）;
}
j=ADC0832（0）;
if（j>=254）beep=1;
elsebeep=0;
if（（j==0）||（j==255））led=0;
elseled=1;
if（x!
=s）
{
x=s;
display（s）;}}
}
附录3：
实物图
升级会员 