北京理工大学数字收发期末论文综述.docx

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北京理工大学数字收发期末论文综述

《射频数字收发发通信模块原理与设计》结课作业

简易自动电阻测试仪原理与设计

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1项目研究报告

1.1立项依据

1.1.1项目的研究意义

许多电子爱好者在电子产品制作中会产生许多“电子垃圾”，其中有许多是电阻。

虽然电阻便宜，但是随垃圾一起扔了有点可惜，重新分类回收又比较麻烦。

回收一般有两种方法：

一种方法是看色环读数，色环小而且有些颜色区分不明显．读几个电阻就眼花了；还有一种方法是用万用表测量，虽然精度高但是要不停的切换量程，不但麻烦还会磨损万用表[1]

电阻测试仪，是电气安全检查与接地工程竣工验收不可缺少的工具。

大大减轻了现场测试人员的劳动强度。

测试过程全部由单片控制自动实施，精度高，复测性好，单按键操作，简单易行，测试数据液晶显示。

适用于不同的工作环境。

[2]

研究目标：

设计并制作一台简易自动电阻测试仪。

1.1.2国内外现状分析

科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。

仪器仪表的发展趋势是不断发展利用新的工作原理和采用新材料和新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。

其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。

另一重要的局势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，提高仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。

仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。

[3]

仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。

2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%;到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。

科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。

产品以技术含量较高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%~60%。

环保仪器仪表重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品，2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平，国内市场占有率达到50%~60%，达到2010年国内市场占有率达到70%以上。

仪器仪表元器件“十五“及2010年前，尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品，品种占有率达到70%~80%，高档产品占有率达60%以上；通过科技攻关、新品开发，使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平，部分产品接近国外同类产品先进水平。

信息技术电测仪器主要发展电测仪器软件化、智能化技术，总线式自动测试技术，综合自动化测试系统，信息元器件测量技术及测试仪器，在线测试技术，信息产业产品测试技术，多媒体测试技术以及相应测试仪器，用电监控管理技术等。

中、低档电工仪器仪表产品国内市场占有率达到95%，高档产品的国内市场占有率和中低档产品的国外市场占有率在现有基础上有大幅度的提高。

我国仪器仪表产品在2010年的市场发展将有所望提高。

产品结构调整目标，其中工业自动化仪器仪表，重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪器仪表，特种和专业的仪器仪表。

产品技术水平达到20世纪90年代后期国外先进水2005年销售额占国产仪器仪表销售额的30%。

面向市场，全国扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪器仪表从模拟化香数字化技术的转变，“15”末数字仪表的品种数达到60%以上。

[4]

1.2项目介绍

1.2.1项目研究内容

设计并制作一台简易自动电阻测试仪。

并设计不同量程的档位以及精确度，规定显示模式，并使之具备档位自动转换功能等。

1.2.2研究目标

设计并制作一台简易自动电阻测试仪。

（1）测量量程100Ω、1kΩ、10kΩ、100k、10MΩ五档。

测量准确度为±（1%读数＋2字）

（2）3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位，测量速率大于5次/秒。

（3）100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能。

（4）具有自动电阻筛选功能，即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否符合筛选要求的指示。

（5）设计并制作一个能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线的辅助装置，要求曲线各点的测量准确度为±（5%读数＋2字），全程测量时间不大于10秒，测量点不少于15点。

1.2.3拟解决的关键问题

本系统主要由单片机控制板模块、电阻检测模块、显示模块、键盘、电机模块、电源模块组成，选取C8051F060/1/2/3/4/5/6/7高速混合信号ISPFLASH微控制器。

C8051F06x系列器件是完全集成的混合信号片上系统MCU，具有59个数字I/O（C8051F060/2/4/6）或24个数字I/O引脚（C8051F061/3/5/7），片内集成了两个16位、1引脚Msps的ADC，C8051F06x系列MCU对CIP-51内核和外设有几项关键性的改进，提高整体性能，更易于在最终应用中使用。

扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。

一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。

在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。

由于该控制板使用方便，能够满足更高的控制要求，因此该控制板被众多单片机爱好者接受，并且使用。

如下图所示，本系统主要由基准电阻矩阵模块、自动量程切换模块、恒流源模块、单片机系统、ADC采样模块、数码显示模块、直流稳压电源、控制面板组。

1、基准电阻矩阵：

由精密电阻组成，提供六个量程100Ω、1K、10K、100K、1M、10M的对应的基准电阻，其阻值分别为340Ω、5K、50K、500K、5M、50M。

2、自动量程切换：

根据被测电阻的大小，从六个基准电阻中选择最合适的基准电阻。

3、恒流源：

由LM358、被测电阻、稳压电源通过深度负反馈线形成恒流源。

4、ADC采样：

对LM358的输出端电压进行采样。

5、单片机系统：

对采样数据进行处理，控制采样，控制量程自动切换。

6、控制面板：

10MΩ量程选择，电源开关，键盘等组成。

7、数码显示：

3位数码管和两个KΩ、MΩ单位显示LED灯组成。

系统总体结构图本设计是基于单片机对由恒流源组成电路对电阻自动测量可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以C8051F06x基本系统为核心的一套检测系统，其中包括基准电阻矩阵模块、自动量程切换模块、恒流源模块、单片机系统、ADC采样模块、数码显示模块、直流稳压电源、控制面板等部分的设计。

[5]

1.2.4预期成果

设计成功简易精确的自动电阻测试仪，造价低廉，操作简便，性能稳定，便于维修，适用于生活生产，并投入生产使用，公开发表论文并申请专利。

2项目执行方案

2.1拟采取的研究方法

系统总体结构图本设计是基于单片机对由恒流源组成电路对电阻自动测量可以产生模拟信号，和A/D模拟数字转换芯片的性能，我设计了以C8051F06x基本系统为核心的一套检测系统，其中包括基准电阻矩阵模块、自动量程切换模块、恒流源模块、单片机系统、ADC采样模块、数码显示模块、直流稳压电源、控制面板等部分的设计。

2.2技术路线

方法一：

采用恒流源模块为了使输出电压跟随待测电阻的变化而成正比的变化，我们可采用恒流源的思路来实现，如下图所示：

由图可以看出，当RX变化时，输出电压UX与RX的变化成正比，因此可以得到较高的精度。

方法二：

采用恒流源方式，如下图所示：

该方案主要是将电压源经分压产生的输出电压改由恒流源实现，在不同档位时，选择相应的档位开关。

该方案的硬件复杂，但精度较高，能满足测试要求。

2.3可行性分析

检测电路的设计，以及主电路图的合理性、制作和调试。

如条件允许，需解决：

购买专用于的电路器件，购买专用于电路芯片。

该简易自动电阻测试仪的设计基于单片机，具有100Ω、1KΩ、10KΩ等多个档测量量程，可以根据待测电阻阻值自动换转档，通过ADC将电阻阻值转化为数字量输入MCU，经单片机数据处理后在液晶模块上以3位十进制数字显示测量结果数值、小数点和单位。

系统在运行中可以随时通过独立按钮输入电阻标称值和允许误差值，并判断当前所测电阻阻值是否在误差允许范围内，检测结果并以蜂鸣器报警提示用户。

[6]

2.4项目特色与创新之处

2.4.1单片机控制板模块的论证与选择

方案一：

采用自制单片机控制系统板。

自制控制系统板由于资源不易扩展，工作稳定度低，一般只适用于控制要求简单的场合，而对于较为复杂的控制系统，往往不能更好地满足控制要求。

方案二：

选择SCB-CS1系统控制板。

SCB-CS1是早期单片机控制产品，不能进行在线调试，控制板上可用资源少，只扩展了一个常用并行口8155，8位模数转换器ADC0809，8位的数模转换器DAC0832，这些模数、数模转换器件都是早期产品，性能低，不能满足更高的控制要求，系统板上显示与键盘均由8279控制，8279虽然能处理键盘的抖动，为编程带来方便，但是显示部分为8位数码管，显示信息少，体积大。

因此该控制板已较少使用。

方案三：

选取C8051F060/1/2/3/4/5/6/7高速混合信号ISPFLASH微控制器。

C8051F06x系列器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有59个数字，片内集成了两个16I/O（C8051F060/2/4/6）或24个数字I/O引脚（C8051F061/3/5/7）位、1引脚Msps的ADC，C8051F06x系列MCU对CIP-51内核和外设有几项关键性的改进，提高了整体性能，更易于在最终应用中使用。

扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。

一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。

在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。

由于该控制板使用方便，能够满足更高的控制要求，因此该控制板被众多单片机爱好者接受，并且使用。

综合以上三种方案，选择方案三。

2.4.2电阻检测模块的论证与选择电阻检测模块的论证与选择

方案一：

采用电阻分压模块。

基本的原理如下图所可见：

当Rx变化时，输出电压Ux随电阻值而改变，我们可根据测得的Ux可得电阻的值。

但这种方法在测试时精度不高，主要原因是输出电压Ux与电阻的变化不成正比。

因此该方式在实际测试时较少采用。

其输出公式为Ux=Rx*U/（Rx+Ro）[7]

方案二：

采用恒流源模块。

为了使输出电压跟随待测电阻的变化而成正比的变化，我们可采用恒流源的思路来实现，如下图所示：

由图可以看出，当RX变化时，输出电压UX与RX的变化成正比，因此可以得到较高的精度。

故我们采取方案二来设计。

2.4.3控制系统的论证与选择

方案一：

采用分压的方式进行，如下图所示：

该方案在采样计算时，要达到1%的精度，要将电压输出曲线分成若干段才有可能达到精度，且区间越小，精度越高，这会为编程带来很大的不便，采用单片机系统很难实现，但硬件简单。

方案二：

采用恒流源方式，如下图所示：

该方案主要是将电压源经分压产生的输出电压改由恒流源实现，在不同档位时，选择相应的档位开关。

该方案的硬件复杂，但精度较高，能满足测试要求。

综合考虑上述方案，方案二更能够达到测试的要求。

2.5已有的研究基础

2.5.1对自身研究创新能力的具体评价

本系统采用单片机控制的方式实现了简易自动电阻测试功能，完成了电阻测量的智能化设计，系统性能优良稳定，电路简单，功耗低，测量精度较高，相对误差小于1%，操作简单，调试和维护方法简便，具有较强的实用性和很广的应用前景。

[8]

2.5.2已经完成的主要工作

为了实现量程自动切换，使用单片机I/O端口控制如图所示的继电器切换电路工作。

[9]

ADC0804是逐次比较型A/D转换器，采用CMOS工艺20引脚集成芯片，分辨率为8位，转换时间100us，输入电压范围为0-5V，芯片内具有三态输出数据锁存器，可直接连接在数据总线上。

[10]

2.6进一步完善该项目的设想

LED数码管驱动较简单，是实现自发光的最简单方案，且数码管显示清晰适合在白天等强光下显示[11]但数码管比较耗电且显示信息量有限，LCD不能主动发光，但LCD功耗比较低，不需要循环扫描，省电。

目前LCD可实现背光，显示信息量大，能灵活多变的显示多种信息，升级不需要对硬件做太大改动故本系统可采用12864液晶显示，操作简单显示清晰直观，可靠性高，体积小，无需主程序不仅担负着量程的识别与转换选信号可简化软件设计。

[12]

3研究进度安排与经费预算

4项目检查、验收、鉴定时间与方法

对电阻测量时，采用与实测电阻对应的方式来进行，当电阻小于1M时，接入测试孔后，采用不同的电阻几十欧姆、几百欧、几，等一系列电阻按自动换档的方式，测出电阻并显示阻值。

对于大于1M小于10M的电阻可拔到大电阻档上进行测试。

当电阻超过10M或小于1欧姆的电阻，本电路不能准确测量。

测试条件：

检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：

高精度的数字毫伏表，模拟示波器，数字示波器，数字万用表，指针式万用表。

5参考文献或实物名称：

[1]蔡菁，泰州职业技术学院报，简易简易自动电阻测试仪的设计，2013。

[2]何学农，《今日电子》2008年第九期，接地电阻测试仪简介。

[3]谢俐，深圳大学本科毕业论文（设计）开题报告。

[4]王俊豪，王双，2011大学生电子设计竞赛G题设计。

[5]刘晓明，孙玉梅，许宁。

简易电阻测量仪[J]。

科技信息，2011（36）：

45-46。

[6]张志良，孙玉梅，许宁。

模拟电子技术基础[M]。

机械工业出版社，2011。

[7]郭天祥，孙玉梅，许宁。

51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M]。

北京：

电子工业出版社，2010。

[8]蔡菁，简易自动电阻测试仪的设计。

[10]吴淑梅;霍彦明;徐梅;.LED光源在照明中的应用[J].中国高新技术企业,2008.09

[11]徐梅,，安徽理工大学学报，自然科学版，基于51单片机的自动电阻测试仪设计。

[12]吴淑梅;霍彦明;徐梅;封丽华;潭峻廷;.LED光源在照明中的应用[J].现代显示,2008.07