微电阻测量系统-毕业设计

I微电阻测量系统学生：XX指导老师：XX内容摘要：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555多谐振荡电路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AT89C51控制继电器控制被测RC振荡电路频率的自动选择，输入输出控制采用键盘输入控制电路、LCD12864显示系统和报警控制电路组成，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：AT89C51单片机555多谐振荡电路继电器自动量程转换IITheresistancemeasurementsystemAbstract：Thedesignonthebasisofthesubjectdemandproducedasimpleautomaticresistancetester,capableofmeasuring100OmegaOmega,1K,10K,10MOmegaOmegafourprofileatdifferentrange,andrealizestheautomaticconversionrangebeforethethird,whileautomaticallydisplayadecimalpointandunit.Basedontheserequirements,afterdiscussion,decidedtousethe555multivibratorcircuitresistanceparametersaretransformedintofrequency,frequencyofFSCMiseasilyhandledthedigitalquantity,ahighmeasuringprecision,ontheotherhand,soeasytorealizeautomationofinstrumentation,andchipmicroprocessorapplicationsystemhashigherreliability.Throughtheinputofsingle-chipAT89C51controlrelaytocontrolthetestedRCoscillatingcircuitfrequencyautomaticselection,input/outputcontrolusingthekeyboardinputcontrolcircuit,LCD12864displaysystemandanalarmcontrolcircuit,canachieveaverygoodall.Microcontrollerhavingprogrammable,hardwaredescriptionofthefunctioncanbecompletelyrealizedinsoftware,ontheotherhand,soeasytorealizeautomationofinstrumentation,shortdesigntime,lowcost,highreliability.Keywords:singlechipAT89C51555multivibratorcircuitrelayautomaticrangeswitchingIII目录前言.......................................................................11基本原理................................................................22设计思路................................................................32.1总体方案组成和说明.................................................32.2组成部分及说明.....................................................33设计实现................................................................63.1测量电路设计.......................................................63.2通道选择电路设计....................................................63.3控制电路设计.......................................................74测试及结果分析.........................................................104.1测试方法及使用的仪器..............................................105结束语................................................................11参考文献..................................................................13附录......................................................................13附录1:主要元器件清单.................................................13附录2：程序清单.......................................................14附录3：实物图.........................................................2411微电阻测量系统前言现代电子产品正以前所未有的速度，向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向发展。本次设计出具有四档量程的简易自动电阻测试仪，量程分别为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档，难点在于小电阻的测量精度。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2字单位，如98.7欧姆，并实现前三档的自动量程转换。在本设计中我们着重介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f，然后采用单片机控制后，再通过程序处理运算求出R，最后应用LCD12864显示的方法。量程自动转换原理分别是RC振荡电路和LM555多谐振荡器，这样就能够把待测电阻转换为频率，而频率f是单片机很容易处理的数字量。目前市面上测量电子元器件参数R的仪表种类较多，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。21基本原理方案一：最基本的就是根据R的定义式来测量。在如图1-1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1-2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1-1定义法测电阻图1-2万用表测电阻3方案二：把电阻转换成频率信号f，转换的原理分别是RC振荡电路和555电路，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设计思路2.1总体方案组成和说明本系统的电路设计方框图如图1-2所示，它由四部分组成：①控制部分主芯片采用单片机AT89C51；②测量部分主要是采用利用RC振荡电路和555振荡电路实现将被测电阻转换为频率；③通道选择部分主要是通过51单片机I/O接口控制继电器来自动选择被测频率的档位；④显示部分是通过LCD12864、二极管指示灯及按键选择测量电路。图2-1系统设计框图2.2组成部分及说明第一，控制部分（1）分析说明：本设计以单片机为核心，采用AT89C51单片机，利用其管脚特殊的功能以及具备的中断系统，延时程序来控制换挡，以及12864液晶屏的显示等等功能。（2）原理图测量电路被测电阻RC振荡电路继电器选择通道量程51单片机二极管指示灯LCD12864显示按键选择测量电路4图2.2-1单片机最小系统第二，测量部分计算分析：RC振荡电路时利用555振荡电路实现被测电阻的频率，通过51单片机的I/O接口的自动识别量程，来实现自动测量。原理图图2-2LM555振荡电路5第三通道选择★分析说明：本设计通过单片机控制来控制继电器的自动选择，继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。（2）原理图图2-3继电器自动选择第四，显示部分分析说明：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，符合本次设计任务的要求。（2）原理图6图2-412864显示3设计实现3.1测量电路设计根据题目要求，采用555多谐振荡电路，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。所以要选用合理的电阻和电容大小，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，然后在确定电阻或电容值，从而算出4个电阻和电容的值以及对应频率范围。电阻的测量采用“脉冲计数法”，如下图所示由555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。555接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：T=t1+t2=（ln2）（R1+Rx）*C1+（ln2）Rx*C1，得出：即，求出Rx表3-1振荡测量电路对应量程参数档位电阻R1电容C1频率范围0~100ΩR1=200ΩC1=4.7uF766~1543HZ100Ω~1KΩR2=15KΩC2=10nF8487~9492HZ1KΩ~10KΩR3=20KΩC3=10nF3606~6568HZ10KΩ~10MΩR4=10MΩC4=4.7pF10930~16387HZ3.2通道选择电路设计利用实现测量CD4052类别的转换，CD4052是差分4通道数字控制模拟开关器件，有A0和A1两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止电流。表3-2CD4052真值表7INHIBITBA0000x,0y0011x,1y0112x,2y0113x,3y1xxNone该电路通过CD4052双向模拟开关控制量程的自动切换，直到进入适当的量程为止。电路流程图如下：图3-3量程自动转换流程图注：实际测试时由于CD4052出现问题，我们改用继电器实现量程转换，但原理相同。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：VCC：供电电压。GND：接地。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。