自动电阻测试仪设计报告.docx

1、自动电阻测试仪设计报告简易电阻测试仪 学校：武汉工业职业技术学院 学生：刘超超 杜侨 曹晔 指导教师：赵兴宇 日期:2012/7/6摘要 本设计采用TI公司生产的MSP430F149微功耗单片机作为系统的核心控制器。本系统主要包括四个模块：电源模块、电阻测量模块、单片机模块、按键显示模块。测量原理是用分压法将待测电阻两端的电压通过单片机自带的12位AD采集后再送单片机进行判断，与参考电阻两端电压相比较算出真实电阻值，并完成自动量程的切换，最后在液晶上显示出来。软件设计部分使用C语言编程编包括控制测量程序、键盘处理、电阻值计算、液晶显示程序等。ULN2003A拥有7路驱动，单块芯片即可完成继电器

2、与步进电机的驱动.关键字：单片机 ； 步进电机 ； 继电器 ；电阻 ； 自动量程切换AbstractThe MSP430 F149 tiny achievement that this design adoption TI company produces consumes list slice the machine is the core controller of system.This system mainly includes four mold pieces:The power mold piece, electric resistance measures the machin

3、e mold piece, key of the mold piece, list slice to show a mold piece.Measuring the principle is to press method with the cent will need the electric voltage of measuring the electric resistance both ends to pass list slice machine after 12 ADs taking collected again send list slice the machine carry

4、 on judgment, with reference electric resistance both ends the electric voltage compare true electric resistance value on the whole, and complete auto quantity cutting over of distance, finally show on the LCD.Software design part use C language plait the distance plait include to control to measure

5、 a procedure, keyboard processing and electric resistance a value calculation, LCD to show procedure etc.ULN2003 own 7 roads to drive, the list piece chip can immediately complete after the electric appliances and the step enter electrical engineering of driveKey word:List slice machine;Tread into e

6、lectrical engineering;After the electric appliances;Electric resistance;The automatic quantity distance cuts over摘要 2一、方案论证与选择 41.1 主控电路选择 41.2显示模块选择 41.3电阻测量方案 41.4自动量程切换 61.5驱动电路设计 6二、系统电路设计 62.1换挡电路与继电器驱动电路 72.2步进电机驱动电路 72.3电压跟随器电路与键盘电路 8三、软件设计 9四、系统测试与分析 104.1测试方案 104.2 测试条件与工具 104.3测试结果与分析 11五、

7、结论与展望 11参考文献 12附录 12一、方案论证与选择1.1 主控电路选择方案一：由MSP430F149构成主控电路，电源电压采用1.8-3.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA，活动模式耗电250pA/MIPS,IO输入端的漏电流最大仅50nA.12位AD转换器有较高的转换速率，转换速率最高可达200Kb/s，采样精度高。具有较多的I/O口，最多可达6*8条I/O口线;LCD驱动模块能直接驱动液晶多达160多段。系统板体积小，而且功能强大。价格比较高。方案二:采用AT89C52单片机构成的主控电路，工作电压5V，内部有一个用于构成振荡器的搞增益反相放大器，时钟可以由内部方式产

8、生或外部方式产生。支持ISP下载技术，控制操作简单，价格低廉，但需另外附加AD模块，硬件电路复杂些。方案比较：考虑到题目要求测量精度高，前者能够更好的达到要求，且电路会大大简化。因此选择MSP430F149构成主控电路。1.2显示模块选择方案一：采用LCD1602作为系统显示器件，5V供电，操作简单，但显示的内容较少，无法显示曲线，不能达到题目要求。 方案二：采用LCD12864作为系统显示器件，使用12864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，电路结构简单，操作方便，符合本次设计任务的要求。 1.3电阻测量方案方案一 恒流源测电阻如图1所示，用恒流源为被

9、测电阻供电，通过MSP430单片机自带A/D转换器采集被测电阻两端电压，则被测电阻阻值为 (1)式中VX为被测电阻两端电压，I0为恒流源输出电流。这种测试方法的缺陷是：计算得到的阻值与恒流源输出电流相关，恒流源输出误差直接影响测量结果；为了提高测量精度，测量低阻时恒流源电流应增大，而测量高阻时恒流源电流应减小，这种可变恒流源由于量程变化大，制作难度大，硬件电路复杂，精度难以保证。方案二 分压法测电阻.该方案是通过与待测电阻串联一个参考电阻，供5V电压，利用串联分压的原理，用单片机自带AD采集待测电阻两端的电压，此电压与参考电阻两端的电压之比就是待测电阻与参考电阻的阻值之比。Rx/R0=Vx/V

10、0但这种方法在测试时精度不高，主要原因是输出电压Vx与电阻的变化不成正比。但可以在电路使用OP07制作电压跟随器，防止电压衰减，这样测量的精度得以提高，可以达到题目要求。 1.4自动量程切换 方案一：大功率开关管导通电阻小,大功率开关管导通时，导通电阻只有15个欧姆左右,导通电阻几乎可以忽略不计。体积较大，尤其需要附加散热片，散热片占用的空间比较大。价格贵，大功率开关管，毎个价格一般在35元左右，如果采用六通道电路，导致成本上升。 方案二：由数字电位器构成档位切换模块。电路容易控制，操作简单，但档位选择有限，且输出电压不稳定，误差较大，无法满足题目的要求。方案三：通过继电器控制档位的选择。在每

11、一个档位中加入一个精密电阻作为基准电阻，用继电器控制档位的切换，导通电阻小,继电器电路导通时，导通电阻只有34个欧姆,导通电阻几乎可以忽略不计。不仅电路稳定性好，误差小，而且易于控制。价格低廉。缺点是体积较大，需要驱动电路，单片机的P口输出功率不能单独驱动继电器工作，须选用合适的驱动电路。频率不高，继电器受制于机械动作，使其动作频率不能太高。继电器运行时产生噪声和电磁噪声。分析两种方案，方案三精度高，电路简单，操作方便，价格低廉，明显优于方案一，方案二，故选方案三。1.5驱动电路设计方案一：电路中需要驱动的器件有继电器和步进电机，自动量程的切换由三个继电器组成，至少需要三路驱动，步进电机需要四

12、路驱动。ULN2003A最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,采用集电极开路输出，输出电流大，可直接驱动继电器或固体继电器，ULN2003A是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，可满足7路驱动。 方案二：L298N内部包含四通道逻辑驱动电路，可驱动46V、2A以下电机。输入电压5V即可，可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。本设计需要同时7路驱动，单个芯片不能完成，若增加芯片来驱动，制作成本会增加

13、，电路也会复杂些。 比较上述两种方案方案一实现更为简单。二、系统电路设计键盘输入继电器换挡电位器旋转 2.1换挡电路与继电器驱动电路换挡电路由单片机控制三个继电器来完成量程的切换，MSP430单片机在进行电阻值检测时将Rx两端采集到的电压值通过内部程序计算后与基准电阻进行比较得出电阻的准确阻值，从而控制相应I/O口输出电平，控制驱动芯片ULN2003A的输出电平，当输出电平与继电器供电电压差值超过3.75V时，继电器内部常开点闭合，使不同的基准电阻接入电路即完成量程的自动切换。 2.2步进电机驱动电路设计中采用28BYJ-48四相五线减速步进电机控制电位器旋转，工作电压为DC5V-DC12V,

14、当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时它可以连续不断的转动继而控制电位器转动。驱动芯片采用ULN2003A，最高驱动电压50v.由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003A放大再连接到相应的电机接口. 2.3电压跟随器电路与键盘电路电压跟随器电路的核心器件为TI公司生产的OP07集成运放，作用是防止采集到的电压发生衰减，增大测量误差，题目对测量精度要求较高。继电器与基准电阻相连后将输出端与运放的输入端相接，由运放的输出端引出，保证输出电压没有衰减，此时采集到的输出电压近似为真实值，本设计采用分压法测电阻， 所以电压的精准直接影响到测量结果的准确。键盘电路的设计采用常用的4*4矩阵键盘三

15、、软件设计开始系统初始化角度是否旋转按键是否按下是是否否停止角度测量自动换挡确定量程选定对应量程电阻测量显示在给电路上电后，将待测电阻接入电路，此时单片机内部程序初始化，进行判断，按键是否有按下，是，则选择相应的量程对电阻进行检测并显示出来；否，则自动换挡，对电阻进行测量并显示。电位器角度与阻值的曲线测试：若电位器有旋转，则进行角度测量，AD开始采集电位器两端的电压，将此时对应的阻值与角度的关系显示出来，如果没有旋转则不显示。四、系统测试与分析 4.1测试方案对电阻测量时，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

16、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。 4.2 测试条件与工具 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。 测试工具 : 工具用途万用表测量待测电阻作为标称值对照电源提供电路工作电压电位器给出不同阻值供测量校验 4.3测试结果与分析测量档位标称值电阻测量仪测量值要求误差实际误差100 7574.70.750.31918.90.190.15453.80.540.21K7607647.665075105.0737547617.54710 K2k

17、1.98k20205.53k5.53k55.307.61k7.64k76.45410M1M996K10K4K570568k5.7k2k22k21k2.2k1k结果分析：电阻测试仪对不同的档位都用多组电阻进行测量，每个档位都选取其中三组结果显示误差均小于1%，符合题目要求，误差的大小事因为参考电阻与参考电压不够精确所致，在设计时可以采用精密的参考电阻来减小误差，其次，供电电压并不是恒为5V，电压在电路中或多或少都会有些衰减，也造成了误差，设计时可使电路尽量简化，减少不必要的能量损失，提升精度。五、结论与展望本次设计属于控制类型，题目对程序编写要求高，硬件部分相对简单。本电阻测量仪设计共有四个量程

18、100、1k、10k、10M。，能准确测量电阻阻值。误差小于1%。制作过程中缺少经验和一定的理论知识，这次课题设计不仅是对我们所学课本知识的一个考察，更是对我们的自学能力和收集资料能力以及动手能力的考验。我们缺少实际经验，更多的是依靠网络资源来解决问题，特别是硬件电路设计，在软件设计方面花费了很多的时间。与同学之间的交流得到了很大的帮助。在软件领域显得不足，今后会更多的学习程序编写方法。设计过程中单片机知识颇有涉及，我们还应加强理论知识的学习。整个系统性价比高，而且节能环保。通过这次简易电阻测试仪的制作，我们积累了不少经验，熟悉了AD采集的过程及原理，同时也掌握了ULN2003A、OP07芯片

19、的一些应用方法。最后要感谢辅导老师的点拨与指导。参考文献【1】 郭志勇等。单片机应用技术项目教程（第一版），北京：中国水利水电出版社，2011年。【2】钟国文等。电路CAD技术，北京：北京理工大学出版社，2009年。【3】黄智伟等。全国大学生电子设计竞赛（电路设计）北京：北京航空航天大学出版社，2011年。【4】王松武. 电子测量仪器原理及应用（1）.哈尔滨工程大学出版社,2004.【5】林占江. 电子测量仪器原理与使用.电子工业出版社,2006. 【6】谭浩强. C 语言程序设计(第三版). 清华大学出版社,2005. 【7】马忠梅，籍顺心.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社，2003.11. 附录