大学生电子设计竞赛设计优质报告简易自动电阻测试仪.doc

简易自动电阻测试仪
（G题）
设计汇报

参赛学校：常州机电职业技术学院
作者：朱化吉 冯海涛 骆翠玲

简易自动电阻测试仪
摘 要
该简易自动电阻测试仪可实现对电阻自动测试功效，含有自动电阻筛选功效,并能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度改变曲线。
依据选题要求，该测试仪以AT89C55为关键，结合键盘、显示、程控放大器、A/D、步进电机控制器等外围电路，很好地实现了要求功效。测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量正确度为±（1%读数＋2 字）。3 位数字显示（最大显示数为999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于5 次/秒。100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程含有自动量程转换功效。
含有自动电阻筛选功效。即在进行电阻筛选测量时，用户经过键盘输入要求电阻值和筛选误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值同时，给出该电阻是否符合筛选要求指示。设计并制作了一个能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度改变曲线辅助装置，曲线各点测量正确度为±（5%读数＋2 字）,全程测量时间小于10 秒,测量点不少于15 点。

关键词：单片机，电阻测试仪，自动量程转换，自动电阻筛选

1 方案选择和论证
系统框图图1所表示：
步进电机控制模块
键盘设置模块
显示模块
电阻测量模块

图1
对各模块实现，分别有以下部分不一样设计方案：
1.1 系统控制模块
方案一：FPGA/CPLD方法。即用FPGA/CPLD完成键盘设置、步进电机控制、显示电路驱动、和电阻测量模块接口等功效。这种方案优点在于系统结构紧凑、速度快，而且能够使用I/O口线很多；缺点是FPGA设计和调试和单片机相比比较繁琐，调试效率比较低，不够灵活。
方案二：单片机方法。使用单片机也能够完成键盘设置、步进电机控制、显示电路驱动、和电阻测量模块接口功效。单片机算术运算功效强，软件编程灵活、自由度大，能够用软件编程实现多种算法和逻辑控制，而且因为其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛，调试效率也比较高。
基于以上分析，拟选择方案二。本设计选择AT89C55单片机。
1.2电阻测量方案选择
方案一：使用模拟开关对不一样标准电阻进行量程切换。因为模拟开关器件内阻影响，在测量阻值较大电阻时，会产生较大误差。
方案二：使用程控放大器进行量程切换。和第一个方案比较，该方案测量误差较小，含有显著优点。所以，我们选择了第二种方案。
1.3 显示模块选择
方案一：使用传统数码管显示。数码管含有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低、易于维护、正确可靠、程序编写轻易、操作简单等特点。但在本设计中所需显示状态较多，信息量比较大，而且需要显示电位器阻值随旋转角度改变曲线，数码管不能完成该曲线显示功效。
方案二：使用液晶屏显示。液晶显示器（LCD）含有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险和影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强特点。在本设计中所需显示状态较多，信息量比较大，而且需要显示电位器阻值随旋转角度改变曲线，该曲线显示功效由液晶显示器很适合。
本设计选择方案二，使用液晶显示器进行显示。
2 系统具体设计和实现
2.1 总体设计思想
依据题目标要求，我们经过仔细分析，充足考虑多种原因，制订出了整体设计方案：以单片机AT89C55为关键，完成以下多个方面功效：键盘设置、步进电机控制、显示电路驱动、和电阻测量模块接口。设计充足利用了AT89C55各个接口，降低了模块调用，也使系统更为可靠。系统组成及原理框图图2所表示。
功效和状态显示
液晶显示模块
菜单选择
功效设定
键盘设置模块
步进电机控制模块

单片机AT89C55

A/D转换
程控放大器

测试电源输出
标准电阻

待测电阻

电压跟随器

图2

2.2 理论分析和计算
2.2.1 电阻测量原理
将测试直流电压加在标准电阻和待测电阻上，所得电压经过电压跟随器缓冲隔离，送到程控放大器放大。程控放大器放大得到结果经过A/D转换，送到单片机AT89C55中，单片机依据所得到A/D转换电压值，计算出所测量电阻值。
2.2.2 自动量程转换和自动电阻筛选功效
单片机经过控制程控放大器放大倍数，完成自动量程转换。当被测电阻较小时，A/D转换器前端所得到信号也比较小，单片机就增加程控放大器放大倍数，从而完成对较小被测电阻测量，实现自动量程转换。
经过键盘输入要求电阻值和筛选误差值。和单片机测量所得电阻值进行比较，假如所测量值在误差范围内，则在液晶显示绿色圈，表示合格。假如所测量值在误差范围外并偏大，则在液晶显示红色圈。假如所测量值在误差范围外并偏小，则在液晶显示黑色圈。
2.2.3 电位器阻值改变曲线绘制原理
单片机经过电机控制电位器调整端转动，同时电位器阻值随旋转角度改变。单片机每隔一定间隔测量电位器阻值。将得到阻值按百分比换算成液晶显示器纵轴像素坐标。将测量时刻换算成液晶显示器横轴像素坐标。将在液晶显示器得到点相连，就得到电位器阻值改变曲线。同时在液晶显示器显示每点所对应电阻测量值。
2.3 单元模块设计
2.3.1 单片机控制模块

图3
使用AT89C55单片机，充足利用其端口， 图3所表示，各引脚功效以下：
P1.0：电机驱动脉冲；
P1.1：电机方向信号；
P1.2，P1.3: 程控放大器控制信号
P3.3,P3.4,P3.5: 和AD7818串行接口和转换使能控制信号。
2.3.2 电阻测量模块

图4
电阻测量模块电路图4所表示，被测电阻接到J3, R8,R9为标准电阻。当测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ量程时，开关S8闭合，R9=10KΩ为标准电阻。当测量量程为10MΩ量程时，开关S7闭合，R8=1MΩ为标准电阻。电压跟随器由运放LM358组成，程控增益放大器采取PGA202，A/D转换器采取ADS7818。AD7818经过串行接口将数据传送到单片机。
2.3.3 键盘设置模块电路
图5为键盘设置模块电路原理图。

图5
键盘采取独立式键盘，首先向锁存器写入全0，当有键按下时，引发单片机中止0。 单片机将锁存器每位输出分别置1 ，判定是哪个键按下，依据按下键进行对应操作。
2.2.3 液晶显示电路和步进电机控制电路
液晶显示电路和步进电机控制电路图6

图6
液晶模块接口为RS-232接口。单片机串口经过MAX232和液晶屏连接。单片机经过P10控制步进电机方向，P11提供电机驱动脉冲。
3软件步骤
主程序步骤图见图7
开始
系统初始化
进入界面1
OK键按下否?
N
进入界面2
OK键按下否？
Y
N
依据具体按键值设置参数
Y
进入界面3
依据设置模式测试显示电阻值或画动态曲线
OK键按下否？
Y
N
ESC键按下否？
Y
N
图7
4 系统测试
4.1 测试方法
将所测值和标准电阻值相比较，即可得到测量正确度。自动量程转换、自动电阻筛选、自动测量和显示电位器阻值随旋转角度改变曲线等功效能够在仪器测量时测试完成。
4.2 测试结果和分析
4.2.1 测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量正确度测试结果为：
标准阻值
测量值
测量正确度
33

50

1K

4.7K

10K

4.2.2 3位数字显示（最大显示数必需为999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于5 次/秒。
经测试该功效满足要求。
4.2.3 100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程含有自动量程转换功效。
经测试该功效满足要求。
4.2.4 含有自动电阻筛选功效。
经测试该功效满足要求。经过键盘输入要求电阻值和筛选误差值。和所测量电阻值进行比较，假如所测量值在误差范围内，则在液晶显示绿色，表示合格。假如所测量值在误差范围外并偏大，则在液晶显示红色。假如所测量值在误差范围外并偏小，则在液晶显示黑色。
4.2.5 能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度改变曲线。曲线各点测量正确度为±（5%读数＋2 字）,全程测量时间小于10 秒,测量点不少于15 点。
测量正确度测试结果为：
标准阻值
测量值
测量正确度

50

经测试该功效满足要求。可显示电位器阻值改变曲线。同时在液晶显示器显示每点所对应电阻测量值。
5 结束语
经过为期四天设计，感慨颇深是处理问题方法、技巧。在这四天中，我们碰到许很多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。经过这几天设计竞赛，我们不仅增强了实践能力和协作精神，而且知道了联络实际关键性，这对我们以后学习和工作不无裨益。当然，我们设计还有部分不足之处，有待于在未来设计中深入提升，在此恳请各位老师批评指正。

参考文件
1、 徐爱钧、彭秀华.单片机高级语言C51Windous环境编程和应用.电子工业出版社，
2、 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届—第五届），北京理工大学出版社.
3、 张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社，1999
4、 金戎、沈庆阳、郭廷吉.8051单片机实践和应用.清华大学出版社，

附件：
系统电路原理图