基于某单片机地电阻测量设计修改.docx
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基于某单片机地电阻测量设计修改
1．设计目的及其意义
本设计基于单片机和AD转换器实现电阻的测量。
采用ADC0809，实现由模拟电压转换到数字信号，通过单片机系统处理后，由LCD显示被测量电阻的阻值。
测量范围为1Ω～5KΩ，精度大于98%。
2．方案设计
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；它们之间的构成框图如图1总体设计框图所示：
图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。
2.2具体电路模块设计
2.2.1电压测量的设计
如图2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ADC0809的IN0口。
图2被测电阻电压测量图
2.2.2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值经ADC0809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所示为被测电阻电压量转换为阻值量。
图3被测电阻电压量转换为阻值量图
2.2.3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4所示为被测电阻阻值显示。
图4被测电阻阻值显示图
2.2.4时钟电路的设计
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5所示为时钟电路。
图5时钟电路图
2.2.5复位电路的设计
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6所示为复位电路。
图6复位电路图
2.2.6电源电路的设计
本设计使用USB接口给电路提供+5V电压。
电路中所有的高电平全部接在VCC端，地接在USB接口的4号脚上。
通电时红灯LED-R亮。
如图7所示为电源电路。
图7电源电路图
2.2.7下载电路的设计
本设计使用串口RS232以及烧录芯片MAX232组成的下载电路。
MAX232的11和12号脚（R1OUT、T1IN）与MCU的10和11号脚（RXD、TXD）连接，即可向MCU烧录程序。
图8所示为下载电路。
图8下载电路图
2.3系统硬件电路的选择及说明
硬件电路的设计见附图示，从以上的分析可知本设计中要用到如下器件：
STC89C52RC、ADC0809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。
2.4软件的程序实现
2.4.1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9所示。
图9主程序工作流程图
3．软件仿真
本设计通过利用Proteus仿真，将所编写的程序用Keil软件编译，所仿真原理图见附录二。
本设计所要求达到的目标是测量一个电阻，在误差允许范围内，通过LCD1602显示出该电阻的阻值。
测量的部分电阻的阻值如下表1所示。
表1仿真测量电阻阻值
4．结束语
本设计研究了一种基于单片机技术的电阻测量。
由电路知识可以容易测出一个电阻上的电压，通过欧姆定律又能得到该电阻的阻值。
由于测量的电压是模拟量，故用ADC转换器转换为数字量，再由单片机系统处理即可完成电阻的阻值测量。
由于数字量在数值上是离散的，通过此种方法得到的阻值存在着误差，为了尽可能的减小此误差，在选择已知电阻上，试用了很多电阻。
通过大量数据与实际电阻的阻值相比较，以及实验室能提供的电阻，选用了600Ω和300Ω的已知电阻，用不同的量程可以尽可能的减小误差。
表1中给出了部分电阻的硬件电路测量结果，从中可以得知，同一电阻，用不同的量程测量得到不同的阻值，存在的误差也很明显。
本设计只采用了两种已知电阻，也就是2个量程测量电阻，测量范围从1Ω～5KΩ，精度大于98%。
若提高测量精度，只需增加更大的量程，即可完成大电阻的阻值测量。
由于硬件电路的连接，元器件不理想等原因，实际测量电阻的阻值与仿真得到的阻值还是有一定误差的。
虽然硬件电路能正常工作，但程序以及元器件的选择不足，使得这次设计并没有达到很好的测量效果，对微欧姆级和K欧姆级电阻无法测量，还是感到不理想。
通过此次设计，尤其硬件电路的焊接，对单片机系统有了更好的认识。
在以后的学习中，会更加注重设计原理与硬件电路的相结合，做好每一个设计，达到理想的要求。
参考文献：
[1]史翔，张岳涛.基于AT89C51单片机微电阻测量系统[J].甘肃科技，2007年8月
[2]周瑞景.Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用百例[M].北京：
电子工业出版社，2006
[3]李全利.单片机原理及接口技术[M].2版.北京：
高等教育出版社，2010
[4]王东峰，王会良.单片机C语言应用100例[M].北京：
电子工业出版社，2010
[5]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例—基于8051+Proteus仿真.北京：
电子工业出版社，2010
附录一设计编程程序
//*************头文件及宏定义*****************
#include"includes.h"
#defineTIME0H0x3C
#defineTIME0L0xB0
#defineK1P1_0
#defineCLKP1_1
//******************全局变量*****************
unsignedcharuc_Clock=0;//定时器0中断计数
bitb_DATransform=0;
///<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<把电阻值显示在LCD上/>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
voidvShowRes（unsignedintuiNumber）
{
unsignedcharucaNumber[4],ucCount;
ucaNumber[0]=uiNumber/1000;//把计算数字的每个位存入数组。
ucaNumber[1]=（uiNumber-1000*（int）ucaNumber[0]）/100;
ucaNumber[2]=（uiNumber-1000*（int）ucaNumber[0]-100*（int）ucaNumber[1]）/10;
ucaNumber[3]=uiNumber-1000*（int）ucaNumber[0]-100*（int）ucaNumber[1]-10*（int）ucaNumber[2];
for（ucCount=0;ucCount<4;ucCount++）
{
vShowOneChar（ucaNumber[ucCount]+48）;//从首位到末位逐一输出。
}
}
//*************************主函数******************************
voidmain（）
{
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<设置定时器0>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
TMOD=0x21;//定时器0，模式1。
定时器1，模式2
TH0=TIME0H;//对定时器0赋初值
TL0=TIME0L;
TH1=0x14;//对定时器1赋初值
TL1=0x00;
TR0=1;//启动定时器0。
ET0=1;//开定时器0中断。
TR1=1;//启动定时器1。
ET1=1;//开定时器1中断。
EA=1;//开总中断
P1=0xFF;
vdInitialize（）;
vWriteCMD（0x80）;//写入显示起始地址（第一行第一个位置）
vShowChar（"Resistance:
"）;
vWriteCMD（0xCD）;
vShowChar（"（~）"）;//显示欧姆符号
while
（1）
{
if（b_DATransform==1）
{
b_DATransform=0;
vWriteCMD（0xC4）;
vShowRes（uiADTransform（））;
}
}
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<定时器0中断函数>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
voidTime0（）interrupt1
{
if（uc_Clock==0）
{
uc_Clock=5;
b_DATransform=1;
}
else
uc_Clock--;
TH0=TIME0H;//恢复定时器0。
TL0=TIME0L;
}
voidTime1（）interrupt3
{
CLK=!
CLK;
}
//****************************ＳＭＣ１６０２驱动程序*************************
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<头文件及宏定义>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
#include"SMC1602.h"
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<把1个命令写入LCD>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
voidvWriteCMD（unsignedcharucCommand）
{
vDelay（）;//先延时。
LCDE=1;//然后把ＬＣＤ改为写入命令状态。
LCDRS=0;
LCDRW=0;
LCDPORT=ucCommand;//再输出命令。
LCDE=0;//最后执行命令。
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<把1个数据写入LCD>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
voidvWriteData（unsignedcharucData）
{
vDelay（）;//先延时。
LCDE=1;//然后把ＬＣＤ改为写入数据状态。
LCDRS=1;
LCDRW=0;
LCDPORT=ucData;//再输出数据。
LCDE=0;//最后显示数据。
}
voidvShowOneChar（unsignedcharucChar）
{
switch（ucChar）
{
case'':
vWriteData（0x20）;break;
case':
':
vWriteData（0x3A）;break;
case'（':
vWriteData（0x28）;break;
case'）':
vWriteData（0x29）;break;
case'0':
vWriteData（0x30）;break;
case'1':
vWriteData（0x31）;break;
case'2':
vWriteData（0x32）;break;
case'3':
vWriteData（0x33）;break;
case'4':
vWriteData（0x34）;break;
case'5':
vWriteData（0x35）;break;
case'6':
vWriteData（0x36）;break;
case'7':
vWriteData（0x37）;break;
case'8':
vWriteData（0x38）;break;
case'9':
vWriteData（0x39）;break;
case'R':
vWriteData（0x52）;break;
case'a':
vWriteData（0x61）;break;
case'c':
vWriteData（0x63）;break;
case'e':
vWriteData（0x65）;break;
case'i':
vWriteData（0x69）;break;
case'n':
vWriteData（0x6E）;break;
case's':
vWriteData（0x73）;break;
case't':
vWriteData（0x74）;break;
case'~':
vWriteData（0xF4）;break;//显示Ω
default:
break;
}
}
voidvShowChar（unsignedcharucaChar[]）
{
unsignedcharucCount;
for（ucCount=0;;ucCount++）
{
vShowOneChar（ucaChar[ucCount]）;
if（ucaChar[ucCount+1]=='\0'）
break;
}
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<延时函数>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
voidvDelay（）
{
unsignedintuiCount;
for（uiCount=0;uiCount<250;uiCount++）;
}
//<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
#include
#defineSTARTP3_4//ATART，ALE接口。
0->1->0:
启动AD转换。
#defineEOCP3_3//转换完毕由0变1.
#defineOUTPORTP2
#defineK1P1_0
//AD转换函数，返回转换结果。
//转换结果是3位数
unsignedintuiADTransform（）
{
floatuiResult;
START=1;//启动AD转换。
START=0;
while（EOC==0）;//等待转换结束。
uiResult=OUTPORT;//输入转换结果。
P1=0xFF;
if（K1==1）
uiResult=uiResult*600/（255-uiResult）;//已知电阻为600欧姆，计算未知电阻，测量大电阻，0-9999欧姆
elseuiResult=uiResult*300/（255-uiResult）;//已知电阻为300欧姆，计算另外的电阻，测量大电阻，0-9999欧姆
returnuiResult;
}
附录二Proteus仿真原理图
附录三作品实物照片
附录四部分仿真测量数据
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