课程设计电阻测量带程序版.docx
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课程设计电阻测量带程序版
湖南科技大学
课程设计报告
课程名称:
单片机原理及应用课程设计
设计题目：
电阻测量
院系：
通信与控制工程系
专业：
通信工程
班级：
学生姓名:
学号:
0840921808409224
起止日期:
2010年12月20日~2010年12月31日
指导教师:
教研室主任：
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日
成绩评定
项目
权重
成绩
1、设计过程中出勤、学习态度等方面
2、课程设计质量与答辩
3、设计报告书写及图纸规范程度
总成绩
教研室审核意见：
教研室主任签字：
年月日
教学系审核意见：
主任签字：
年月日
摘要
本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。
通常测量电阻都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。
其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。
A/D转换结果通过计数译码电路变换成BCD码，最后驱动显示器显示相应的数值。
本系统以单片机AT89C52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码显示。
具有读数据准确，测量方便的特点。
关键词：
单片机（AT89C52）；电压；A/D转换；ADC0809
设计要求
电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压）
测量100,1k,,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。
测试：
误差10%。
1、方案论证与对比
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1所示。
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的函数关系是：
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。
图1方案一原理图
方案二
用ADC0809电阻测量，以一个1K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ACD0809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2所示。
图2方案二原理图
方案对比与比较
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，测量100,1k,,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。
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。
2、系统硬件电路的设计
振荡电路模块
振荡电路通过这两个引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF），这样就构成一个稳定的自激振荡器。
为单片机提供时钟信号。
如图3所示。
图3.振荡电路
A/D转换电路模块
ADC0809是采用逐次逼近式原理的A/D转换器。
ADC0809的工作过程是：
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，9电路图如图4所示。
图4A/D转换电路原理图
主要性能
1分辨率为8位二进制数。
2模拟输入电压范围0V—5V，对应A/D转换值为00H—FFH。
3每路A/D转换完成时间为100µs。
4允许输入4路模拟电压，通过具有锁存功能的4路模拟开关，可以分时进行4路A/D转换。
5工作频率为500kHz,输出与TTL电平兼容。
ADC0809芯片的组成原理
具体设计要求如图5所示，它是由地址锁存器、4路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器构成。
由3位地址输入线ADDRA、ADDRB、ADDRC决定4路模拟输入中的1路进8位A/D转换器，A/D转换值进入三态锁存输出缓冲器暂存，在CPU发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，经DB7—DB0进入CPU总线，完成一次A/D转换全过程。
图5 A/D转换电路原路图
ADC0809引脚功能
ADC0809采用28引脚的封装，双列直插式。
A/D转换由集成电路ADC0809完成。
ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线（23—25脚—即C,B,A,）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。
22脚为地址锁存控制（ALE），当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。
6脚为测试控制（START），当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。
7脚为A/D转换结束标志（EOC），当A/D转换结束时，7脚输出高电平。
9脚为A/D转换数据输出允许控制（OE），当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。
10脚为ADC0809的时钟输入端（CLOCK），利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。
单片机的P1、—端口作为四位LED数码管显示控制。
端口用作单路显示/循环显示转换按钮，端口用作单路显示时选择通道。
P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作ADC0809的A/D转换控制。
主控芯片AT89C52模块
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口。
3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
如图6所示为AT89C52管脚图。
图6AT89C52管脚图
主要功能特性
·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容
·8k字节可重擦写Flash闪速存储器
·1000次擦写周期
·全静态操作：
0Hz—24MHz
·三级加密程序存储器
·32个可编程I/O口线
·低功耗空闲和掉电模式
·3个16位定时/计数器
·可编程串行UART通道
主要引脚功能
VCC:
电源
GND:
地
P0口：
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。
P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入（T2）和时器/计数器2的触发输入（T2EX）。
P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P1口和P2口的第二功能如下表1所示。
表1P0和P1口的第二功能
引脚号
功能特性
T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出
T2EX（定时/计数2捕获/重载触发和方向控制）
P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
具体功能如表2所示：
表2P3口的第二功能
端口引脚
第二功能
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
外中断0
外中断1
T0（定时/计数器0）
T1（定时/计数器1）
外部数据存储器写选通
外部数据存储器读选通
RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
显示控制电路的设计及原理
显示子程序采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。
测量所得的A/D转换数据放70H—77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放在78H—7BH单元中，其中7B存放通道标志数。
寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。
本系统显示部分采用4位数码管动态扫描显示。
动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。
其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。
CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。
而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。
本系统采用4位共阴极数码管，COM端接接P20—P23端，8个笔划段a-h分别按顺序接P07—P00，轮流给P20—P23口低电平，使各个数码管轮流点亮。
在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。
显示控制电路由图7的8255芯片和图8的数码管显示电路两部分组成
图78255芯片
图8数码管显示电路
3、程序设计
初始化程序
voidInit（）
{
ST=0;
OE=0;
a8255_CON=0x81;
PB=0xff;
PA=0xff;
}
主程序
voidmain（）
{
ucharI=0,J=0;
uintRRR=0;
Init（）;
while
（1）
{
Get_Resistance（）;
If（RRR==0）RRR=R_T;
差W=
100%,如表3所示。
2.误差分析
AD的分辨率只有八位，分辨率小，所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻的变大误差变大。
表3误差分析
电阻理想阻值R（K）
万用表测量值R0（K）
模拟测量值R1（K）
误差w
1
%
%
%
5、元件清单
元件名称
类型或量程
数量
芯片
AT89C52
1片
芯片
8255
1片
芯片
ADC0809
1片
杜邦线
2根
万用表
1个
电阻
1K、、
各一个
电源线
供电电源线
1根
数码管
HS310361K
2个
6、总结与思考及致谢
这次单片机课程设计意义非同一般，把我从单深入的理论编程到硬件软件综合实现一个使用的电路。
通过这学期的单片机的学习，知道了单片机在实际应用中占据很重要的作用，也了解单片机本身的功能，用编程控制；也了解了单片机的一些扩展功能。
通过这次设计，我更深入地了解到单片机的使用原理和功能。
为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。
虽说两周的时间有点仓促，但老师和同学们夜以继日在解决问题，我做电阻测量的设计中也遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价值的书籍，我从中认识了不少。
也增强了自己发现问题解决问题的能力。
还有在编程的时候要仔细，要实现一个完整的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一些小问题，比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。
两周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离不开指导老师方智文的悉心教导，我受益匪浅，相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习榜样，给我很大的启迪。
感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。
在这里向他们说声谢谢，你们辛苦了。
参考文献
[1]张鑫.《单片微机原理与应用》.[M]北京.电子工业出版社.2008
[2]楼然苗.李光飞.《单片机课程设计指导》.[M]北京.航空航天大学出版社.2007
[3]长洪润.刘秀英.《单片机应用设计200例（上、下）》.[M]北京.航空航天大学出版社.2006
[4]张毅刚.《新编MCS—51单片机应用设计（第3版）》.[M]哈尔滨工业大学出版社.2008
[5]马静.《单片机原理与应用》.[M]实践教学指导书中国计量出版社.2003
附一：
原理图
附二：
程序
#include<>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitST=P2^7;
sbitEOC=P3^4;
sbitOE=P2^3;
sbitCLK=P2^0;
xdataucharPA_at_0xD1FF,PB_at_0xD2FF,PC_at_0xD5FF,a8255_CON_at_0xD7FF;
uintR=0,R_T;
ucharcodeLED_CODE[]={0xA0,0xBB,0x62,0x2A,0x39,0x2C,0x24,
0xBA,0x20,0x28};
voidInit（）
{
ST=0;
OE=0;
a8255_CON=0x81;
PB=0xff;
PA=0xff;
}
ucharAd_Cover（）
{
ucharAD_DATA;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）CLK=~CLK;
OE=1;
AD_DATA=P0;
OE=0;
returnAD_DATA;
}
voidGet_Resistance（）
{floatc;
ucharTEMP;
TEMP=Ad_Cover（）;
c=（float）（256-TEMP）;
c=*（c/（float）TEMP）;
R_T=（unsignedint）c;
}
voidDelay（uintCNT）
{
while（CNT--）;
}
voidDisplay（）
{
ucharA;
uintB=10000;
for（A=0x02;A<=0X40;A<<=1）
{
if（R/B）
{if（A!
=0X02）Delay（150）;
PB=0XFF;
PA=0XFF;
PB=LED_CODE[（R%（B*10））/（B）];
PA=~A;
}B/=10;
}
}
voidmain（）
{
ucharI=0,J=0;
uintRRR=0;
Init（）;
while
（1）
{
Get_Resistance（）;
if（RRR==0）RRR=R_T;
else
if（J==30）{R=RRR;RRR=0;J=0;}
elseJ++;
Display（）;
}
}
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