基于恒流源的数字式小电阻测试仪毕业论文.doc

摘 要近年来，直流微、小电阻测试仪得到了比较快的发展。微电阻测量大多采用hj直流微欧计，一般采用恒流源作为测试电流，一般情况下电流值为l00A200A的大电流，通过大电流变压器和高频开关电源这种方法来实现大电流的恒流效果，使用这种大电流恒流的测试仪进行电阻测试时，测试工作电流较大，测试工作时间相对较长，因此被测电阻的温升会受到影响，从而使其的电阻阻值的测量精度降低了，此外，这一类型的电阻测试仪体积较大、重量较大，不便于携带，对工作现场的使用也受限制，其生产制造成本也比较高。因此，基于恒流源的数字式小电阻测试仪的设计急需亟待解决。本设计给出了一种以AT89S51为控制核心的高精度小阻值电阻测试仪的设计，系统测试小阻值1到10的电阻阻值。采用恒流源输出恒定电流的方法，采用C51语言对单片机进行了编程，并对整个测量系统进行了软件仿真。 关键词：阻值；电阻测量 ；AD620 ；恒流源 ；ADC0809AbstractIn the last few years, the little, micro DC resistance tester has been developed very fast.Most of the DCmicro resistance measurement of micro ohmmeter, generally using a constant current source as thetest current, current for high current100A 200A, the high frequency switching power supply and current transformer to achieve constant current effect of high current, resistance test instrumentusing the high current constant current, large working current test the test, work for a long time, so it will affect the measured resistance temperature rise, so that the measurement accuracy of the resistance is reduced, in addition, this type of resistance tester of large volume, heavy weight,inconvenient carrying, use on the job site is restricted, the production cost is too high.Therefore, the design of digital resistance tester small constant current source to be solved based on. This paper presents a design of AT89S51 high precision low resistance tester control core,testing system of small resistance 1 ohm to 10 ohm resistor. By using the method of constant current source output constant current, C51 language is used to program the microcontroller, and the whole measurement system simulation software.Keywords: resistance; resistance measurement; AD620; constant-current source; ADC080939目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1课题研究的背景、意义11.2 系统设计的基本思路21.3 系统的主要性能指标2第2章 系统方案论证32.1 小电阻的测量方法32.1.1 脉冲大电流测量法32.1.2 直流恒流源测量法32.2 小阻值电阻测量中的关键技术42.2.1 恒流源的选取42.2.2 放大器的选择42.2.3 A/D转换器的选择4第3章 系统硬件电路设计53.1 硬件电路设计总体方案53.2 整机硬件系统方框图53.3 单片机控制电路设计53.3.1 AT89S51单片机性能53.3.2 时钟电路73.3.3 复位电路83.4 恒流源电路设计93.5 电压信号放大电路设计103.6 A/D 转换电路设计113.7 稳压电路的设计133.8 液晶显示电路设计143.8.1 1602液晶显示模块介绍153.8.2 1602液晶硬件接口电路设计16第4章 系统软件程序设计174.1 主程序软件程序设计174.2 液晶显示程序设计174.3 A/D转换程序设计19第5章 系统仿真设计225.1 整机仿真电路设计225.2 系统仿真过程235.2.1 稳压电源电路的仿真235.2.2 恒流源电路的仿真235.2.3 液晶显示电路24结论27致谢28参考文献29附录1 英文参考资料30附录2 译文33第1章 绪论1.1 课题研究的背景、意义进入二十一世纪后，电子信息产业迅速地发展，电阻这种最基本的电子元器件，在电子信息类产品中有着不断增加的需求量。在电子仪器、仪表等自动化设备中，仪器、仪表的精度往往通过使用精密的电阻来得到提高。对于普通的电子加工企业来说，在生产加工和使用过程中，需要一种使用便捷、测量精度较高的电阻测试仪来测出电阻值。因此，设计一种使用方便、测量精度较高的，而且稳定性较好的电阻测量仪具有一定的使用意义。在实验、检测以及生产过程中，电阻的测量都具有非常重要的作用，由于电阻阻值有很宽的分布范围，对于电阻值不相同的电阻进行测量时，我们需要考虑到各种不同的影响电阻值测量误差的各种因素，所以，对于使用不同的电阻测量的方法针对不同类型的电阻进行测量。由于在电路中接插件接触电阻和导线电阻这一普遍现象的存在关系，导线电阻和接触电阻在电流通过电路的时候会在其上产生微小的电压降，这种微小的电压降对于阻值较大的电阻来说， 导线电阻和接触电阻的影响微乎其微，甚至可以忽略不计， 但是对于阻值比较小的电阻来讲，导线电阻和接触电阻的阻值的影响是很大的，这种影响是无法被忽略不计的，因为这种微小的电压降会相当大的干扰了对小阻值电阻的测量，导致较大的误差在小阻值的电阻测量结果中被体现出来。因此，通常使用万用表就能较为精确的测量出大阻值电阻的电阻值来，而万用表对于电阻值较小的电阻测量是有一定误差的，由于电阻值较小，测量出的电压信号也较弱，通常小电阻上面的压降会淹没在噪声干扰信号中，因此，小阻值的电阻是通过万用表测量方法无法精确地测量出来。现阶段，大多数的数字万用表被作为数字式欧姆测量仪来使用，数字万用表根据使用的场合又分为两种形式，即手持式型和台式型。其中，手持式数字万用表是一种被设计，生产和工程人员广泛使用的工具型仪表，万用表的测量精度不高，对于小阻值电阻的测量他的精度是无法满足要求的。虽然，台式数字万用表具有很高的测量精度，但它对使用环境有很严格的要求，只有在实验室环境条件下，大部分高精度的仪器、仪表才能保证精度较高的工作状态。小阻值电阻有多种测量方法：集成运算放大器法、比率法、恒流源四线法等等。由于在运算放大器的电路中工作电流会因运算放大器的偏移和漂移而产生变化，因此使用该方法只能适用电阻值在几百欧姆到几兆欧姆的阻值测量，比率法的测量原理与经典的电位差计法测量原理相同，这种测量方法的测量精度不高，在手持式万用表中被应用。使用恒流源四线法时，被测电阻与引线之间的接触电阻的对阻值测量的影响可以有效地被去除掉，因此，此种方法被广泛地应用到小阻值电阻的测量中。目前，微、小阻值的电阻测试仪对于电源的选择方法有很多，但是，通常被使用的方法只有两种，一种是选用电流恒定的恒流源构成测试电源，另一种是选用脉冲电流构成测试电源。两种测试电源的构成各有优缺点，由于被测电阻通电时间太长，会导致电阻的温升，进而会影响电阻阻值的测量精度，使用脉冲电流源构成测试电源可以避免电阻长时间流过电流产生温升，但是， 要按照非常严格的检测的时序应用脉冲电流源对电阻阻值进行测量，这种要求在实际现成使用中收到限制很大，所以，在现场使用中，对于测试时间很短的条件下，用恒流源构成测试电源的方法是比较适用的。1.2 系统设计的基本思路本文此次设计的电阻测试仪通过使用单片机作为控制核心器件，由于单片机具有体积小、功率消耗低、使用的可靠性高等特点已经在智能仪器、仪表等自动化设备上被广泛的应用。单片机被应用后使得电子设备的小型化、数字化和智能化更加提高。根据恒流源充当被测电阻的电源，由于电流恒定电阻上的压降也是恒定的，因此比较容易的计算出电阻的阻值。由于恒流源电流较大会在被测电阻上产生温升，影响被测阻值精度，因此本文设计的的恒流源电流较小，通过放大电路将电阻上面的压降放大后提供给A/D转换芯片进行数据处理，单片机将计算后的电阻阻值通过LCD液晶显示屏显示完成一次测量过程。该测试仪不仅测量操作简单、方便，测量阻值读数直观、清晰，并且测量精度也高于普通型的手持式万用表，本测试仪也在工作中和实验室中广泛使用。1.3 系统的主要性能指标（1）测量范围：电阻110（2）测量电流：通过被测电阻时的电流不应大于1mA（3）测量精度：5% （4）输出电压值由LCD显示（5）交流220V供电（6）设计一个输出15V和5V稳压直流电源为系统提供所需的直流电源第2章 系统方案论证在产品设计和电子产品生产过程中，需要频繁地对小阻值的电阻进行阻值的精确测量。应用何种方法能够准确地测量一个小阻值的电阻，是一个有研究意义的课题。通常的电阻测量方法可以采用以下两种方法：一是电桥平衡法，另一个是欧姆定理法，对于阻值较小的电阻来说，一般应用的测量方法是欧姆定律法，测量所使用的电源的方式可以使用大电流方式和一般电流方式进行选择测量。本章就本文所使用的设计方案和所需解决的关键技术进行论证。2.1 小电阻的测量方法2.1.1 脉冲大电流测量法为了提高小阻值电阻的测量精度， 可以增大通过电阻的电流来提高信噪比， 但是就要考虑到提高了电流对电阻负载效应的影响。由于电阻的阻值增加与电阻器件本身温度的变化是保持线性关系的，而影响电阻器件本身温度变化的因素又很多，除了使用环境温度外，最主要的影响因素是流经过电阻的电流大小和通电的时间有关系。要满足大电流通过电阻时阻值受温升影响很小的条件，必须要应用脉冲大电流作为测试电源。小阻值电阻应用脉冲大电流法测量时，所使用的电流的大小、脉冲的脉宽等参数需要由电阻的阻值大小、发达电路的运算放大器的性能指标确定。根据在数据采集系统充分准备好之后开启大电流输出这一条件，必须严格控制的大电流输出的开启时间，否则脉冲大电流容易烧毁被测量的电阻。为了实现多次、自动连续地对电阻进行测量，可以通过单片机对电流大小、脉冲的脉宽和测量的时序进行编程控制。2.1.2 直流恒流源测量法直流恒流源法测量小阻值电阻应用的测量原理是：直流恒流源产生的电流流经过小阻值电阻， 采集电阻上面的压降，并通过信号的放大之后而进行A/D转换，最后输出显示测量结果。但是，由于此方法使用的的直流恒流源输出的电流较小，小电流应用到小阻值电阻的测量过程中时，在电路中产生的噪声信号会淹没较小的被测电压信号，而有效的被测电压信号无法被采集到， 因此先应用放大电路对被测电阻的电压信号进行信号的放大， 然后再将采集到的电压信号经过A/D转换，转换后的测量结果最后通过液晶显示屏显示出来。电压分辨率影响着测量电阻的精度， 即A/D转换器的位数影响测量电阻的组后测量精度。根据整个系统的误差情况，来判定系统所使用的电路形式。本电阻测量系统误差构成主要分为：模拟误差及量化误差， 其中量化误差包括：运算放大器、A/D转换器等的非线性误差；其中模拟误差包括：增益误差，恒流源的精度和温度的漂移。此外还要考虑影响测量的噪声和外部干扰等因素。从以上分析可以看出选择性能指标合适的恒流源和放大器是非常重要的。使用有效的有源低通滤波器在进行A/D转换前将被测信号中所有交流干扰滤除，然后用编程的方式完成数字滤波，这样整个系统的抗干扰和抑制噪声的能力被大大的提高了。2.2 小阻值电阻测量中的关键技术2.2.1 恒流源的选取在小阻值电阻测量中选取合适的恒流源十分重要， 测量的精度由恒流源的精度所决定。本设计中使用的恒流源的基本功能是：将电源电压、负载电阻和环境温度变化对输出电流的影响消除或者把影响降低到最小程度。根据调整方式的不同，恒流源可以分为两种方式：一种是直接调整型恒流源，这种恒流源主要由恒流元器件和供电电源构成，电路设计简单，此类恒流源对负载电流进行直接的调整是应用了恒流元器件的非线性特性进行的，例如恒流二极管，但是这类恒流源的不足之处是恒定输出电流值是有限的，电流稳定行不理想。另一种是间接调整型恒流源，它是由半导体晶体管及其他电子元器件共同组成的恒流电路，例如本设计所使用的基于LM358集成运算放大器的反馈型恒流源，性能优良的恒流源都可以利用此类恒流电路制作出来。2.2.2 放大器的选择能够符合小阻值电阻测量要求放大器要具有：高输入阻抗、高分辨率、低漂移、线性度均匀、抑制噪声能力强和抗干扰等性能指标，因此要选用仪器放大器。在众多电子产品之中， 需要对微弱电信号进行高精度处理时大多都采用仪器放大器，应用的领域如数据采集装置、医用治疗仪器、信号处理装置等，经常应用的仪器放大器除了传统的三运放仪器放大器外，还有单片仪器放大器，抗干扰能力强、低噪声、高精度、控制及设计简单等特点使单片仪器放大器成为设计者和使用者的首选元器件。常用的仪器放大器如AD620、AD524、AD624等都已广泛应用到各种电子产品中，尽管这些芯片的性能和型号等指标各不相同，但提供的应用设计电路基本相同。2.2.3 A/D转换器的选择转换电压的精度由A/D转换器的位数所决定的，而电压的精度直接影响了电阻阻值测量的精度，为了能提高小阻值电阻的测量精度，本设计选用逐次逼近型A/D转换器ADC0809，这种型号A/D转换器的特点是：转换精度高、速度快、性价比比较适中，8路8位逐位比较式模/数转换芯片ADC0809，它与各种单片机接口方式灵活，编程简单、易用，所以是现在应用最广泛的A/D转换器之一。2.3 本章小结系统方案的论证，通过各种测量方法，可知电阻测量方法可以采用以下两种方法：一是电桥平衡法，另一个是欧姆定理法，对于阻值较小的电阻来说，一般应用的测量方法是欧姆定律法，测量所使用的电源的方式可以使用大电流方式和一般电流方式进行选择测量。恒流源的选取，放大器的选择，A/D转换器的选择，都是其中的重要环节。本章就本文所使用的设计方案和所需解决的关键技术进行论证。第3章 系统硬件电路设计3.1 硬件电路设计总体方案本文设计的系统由ATMEL公司生产的单片机AT89S51控制，把被测电阻连接到本系统所设计的恒流源电路上，由于电流通过被测电阻会在电阻上产生压降，通过放大电路将被测电阻上面的压降进行放大，放大后的电压信号经过A/D转换芯片将采集电压信号传送给单片机，单片机将电压与电阻的比值转换为电阻值完成测量，并将测量的结果通过液晶显示屏进行显示。3.2 整机硬件系统方框图基于恒流源的数字式小电阻测试仪的整机系统方框图如图3-1所示。整机硬件电路恒流源电路、稳压电源电路、A/D转换电路、电压放大电路、液晶显示电路和单片机最小系统电路，其中单片机最小系统电路包括：时钟振荡电路和复位电路组成。复位电路时钟振荡电路键盘控制电路液晶显示电路图3-1 整机系统方框图单片机AT89S51恒流源电路LED大屏幕显示整 机 电 源 LED大屏幕显示被测电阻LED大屏幕显示信号调整电路LED大屏幕显示A/D转换电路LED大屏幕显示3.3 单片机控制电路设计3.3.1 AT89S51单片机性能AT89S51型单片机具有芯片体积小、所需供电电压低、编程方便、灵活等特点。AT89S51型单片机与MCS51型单片机兼容，具有以下功能：片内程序存储器（ROM）容量为4k字节，片内部数据存储器（RAM）容量为128字节，并行输入/输出接口（I/O）4组共计32个口线，定时/计数器的数量为2个、可以构成16为的定时/计数容量，5个中断源，实行两级终端管理，全双工串行通信口一个，通过片内振荡器就可以构成时钟电路。AT89S51型单片机内部程序存储器具有可反复擦写功能，这样所涉及产品的开发成本有效地被降低了。如图3-2所示单片机AT89S51实物图。图3-2 单片机AT89S51实物图表3-1列出AT89S51型单片机的功能表。表3-1 AT89S51的功能表兼容MCS-51指令系统4k容量可反复擦写的Flash ROM4组32个双向I/O口全双工串行通信端口两个16位可编程定时/计数器工作频率范围035MHz工作电压4.5V5.5V128字节的内部RAM两个外部中断源两级中断结构图3-3 AT89S51型单片机的管脚图AT89S51型单片机管脚图如图3-3所示，为单片机的各个引脚部分如下：40脚：VCC供电电压。20脚：GND接地。9脚：RST复位端。单片机复位的条件是，RST管脚上的高电平时间持续两个机器周期以上。31脚：EA/Vpp：当EA管脚为低电平时，从外部程序存储器开始程序的读取；当EA管脚为高电平时，从内部程序存储器开始程序的读取。18脚：XTAL1：内部时钟电路的反向振荡放大器的输入管脚。19脚：XTAL2：内部时钟电路的反向振荡器的输出管脚。P0、P1、P2、P3为4个并行I/O端口，共有32个I/O接口管脚，其中P3口8个管脚具有第二功能。3.3.2 时钟电路单片机所需的时钟信号是用来给单片机提供时序操作的时间基准源的，时钟信号是由单片机时钟电路产生的。单片机电路通常有两种形式：一种是内部振荡电路构成的时钟电路，另一种是由外部振荡构成的时钟电路。本文设计的系统采用的是第一种内部振荡方式构成的时钟电路，如图3-4所示。AT89S51型单片机内部有一个高增益反向放大器，它是用来构成内部振荡器的，该内部放大器的输入端为单片机的18脚，内部放大器的输出端为单片机的19脚。采用内部振荡器构成的时钟电路的优点是，电路连线简单，能够获得比较稳定的时钟信号，在实际电路设计中也多采用这种方式进行单片机最小系统的搭建。图3-4 时钟电路3.3.3 复位电路复位电路的功能：在上电或复位过程中，由复位电路向CPU发出控制信号，使CPU处于复位的状态，复位操作可以有效地防止错误的指令被CPU发出、错误的操作被CPU执行，电磁兼容性也可以被有效地提高。复位电路的分类：1.手动按键复位：在复位输入端RST也就是单片机的第9引脚上人为引入一个高电平信号。该部分硬件电路设计是在RST端和电源VCC+5V之间通过一个按键开关连接。当按下此按键开关时，RST端被接到VCC的+5V上，完成一次复位操作。2.上电自动复位：在RST复位引脚和VCC+5V之间连接一个电容，复位端再接一个电阻与地GND相连。上电自动复位的工作过程是：在单片机上电的瞬间，VCC+5V通过电容给RST复位引脚一个瞬时的高电平，这个瞬时的高电平信号随着电容的充电过程而慢慢回落，这样完成一次上电复位操作。复位时间的长短取决于电容充电时间的长短。手动/上电自动复位电路如图3-5。图3-5 手动复位电路3.4 恒流源电路设计本系统需要设计一个输出为1mA的恒流源，为被测小阻值电阻提供测试电流，因此本设计使用了比较放大器LM358作为恒流源的运算发生器件。LM358内部有两个独立的双运算放大器，这两个预算放大器具有高增益和内部频率补偿的特点，它不仅能在电源电压范围很宽的单电源供电条件工作，而且还可以在双电源供电条件下进行正常地工作。因此它被应用到传感放大器、直流增益模组，音频放大器等这些可使用单电源供电电路中。本文应用LM358单电源供电的特性，设计出一种输出为1mA的恒流电源，如图3-6所示的是设计电路图。图 3-6 恒流源硬件电路设计该恒流源电路的组成：5V直流电为单电源进行供电，VCC接到LM358的第8引脚，也就是该运放的电源正端；GND接到LM358的第4引脚，该引脚是运放的电源地端；5V直流电经过两个阻值相同的电阻R15和R16分压后接到LM358的第3引脚上，该引脚是运放的同相输入端；LM358的第2引脚，即反相输入端通过电阻R1接到电源地上； LM358的第1引脚也就是运放的输出作为1mA的恒流输出端，该输出端接一个100欧姆以内的电阻反馈到第2引脚即可实现对100欧姆以内的电阻实现1mA横流输出，满足设计要求。3.5 电压信号放大电路设计本系统测试电阻的原理是恒流源产生的电流流经被测电阻，在被测电阻上产生电压降，将这个电压降提取出来由单片机进行电阻值运算。可是从小阻值电阻上提取出来的电压信号很小，只有几个毫伏，几毫伏的电压信号A/D转换芯片是无法进行高精度转换的，因此需要设计一个电压信号放大电路，将毫伏级的电压信号放大1000倍后达到A/D转换芯片能够实现高精度转换的电压范围内。为了实现所设计电路的功能，本系统选用了AD620型仪器用放大器。AD620仪器仪表用放大器是由美国AD公司生产的， 从芯片的内部结构组成来看，虽然AD620的架构与传统的三级运算放大器相似，但是它是一个经过了改进的三级运放电路。片内有个经过激光微调的薄膜电阻R1、R2，应用者只需在芯片外部电路中使用一个调节电阻即可实现从1到10000倍范围内的任何增益要求，外围电路设计，使用方便。除此之外，它还具有：工作电压可在2.318V之间，使用电源范围宽；8引脚DIP或者SOP封装，体积小；最大允许工作电流为1.3mA，工作功率消耗较低。AD620外观引脚图，如图3-7所示。图3-7 AD620引脚图该放大器的输入为两输入端差动输入，输出为单端输出。由一个电阻RG来调整输出电压的增益，并且增益可以进行连续调整，同时后级负载对地连接的问题也得到了有效地解决。第2、3引脚构成了同相、反相高输入阻抗的差动输入，第6引脚构成了差动输出，完成了全部的增益放大的工作。由于该放大电路呈对称式结构， 所以当改变增益时， 输入阻抗保持不变。应用AD620电压放大电路设计如图3-8所示。图3-8 AD620电压放大电路如图3-8所示，AD620第4引脚和第7引脚为Vs+和Vs-输入引脚，Vs电压为2.318V；第3、2引脚为同相和反相两个差动输入端，作为被放大信号的输入端；第6引脚为放大信号输出端；在第1引脚和第8引脚之间连接了一个调整电阻RG，通过增益方程式可以得出调整电阻的设置值来完成对放大电路的设计，其中G为增益就是放大倍数，RG为增益调整电阻。本系统设计需要将电压信号放大1000倍，根据上面的公式计算出RG的阻值应为49.4K。至此完成了小电压信号放大电路的设计。3.6 A/D 转换电路设计整个电阻阻值测量系统的数据处理都要由A/D转换电路完成，而且测量阻值的精度和测量速度也与A/D转换电路有关，因此本设计使用了ADC0809型A/D转换器，该型号的A/D转换器的是8位数据转换，具有8路转换通道，逐次逼近式转换算法的器件，他可以与单片机接口相连，通过单片机编程控制实现A/D转换功能。如图3-9所示ADC0809引脚图。图3-9 ADC0809引脚图IN0IN7引脚分别为8个模拟输入量的输入通道，输入的模拟量信号要求是单极性的，电压信号不能太小，本设计所使用的模拟量输入信号已经经过放大电路放大处理了。在转换过程中，输入的模拟量信号要保持不变，如果信号不稳定，需在输入前端增加信号采样保持电路，确保输入模拟量信号的稳定。A、B、C引脚为三条地址输入控制线，通过对A、B、C三条线设置选取不同的模拟量输入通道。ALE引脚为地址锁存、允许输入线，当ALE引脚为高电平时，A、B、C三条地址线的地址信号被地址锁存锁存，译码器译码后，通过被选中的通道进行模拟量的输入并在转换器内进行转换。地址线与模拟量输入通道选择关系表如表3-2所示。表 3-2 ADC0809地址线与模拟量输入通道选择关系CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ST引脚为控制转换启动端。当给ST输入上升沿信号时，转化器内部所有的寄存器都被清零；当给ST输入下降沿信号时，开始启动A/D转换工作；在进行转换的过程中，ST的输入信号应保持低电平不变。EOC引脚为输出转换结束信号端。当EOC输出为高电平时，A/D转换结束；当EOC输出为低电平时，此时A/D转换正在进行中。OE引脚为输出允许信号端，当OE端输出为高电平时，将转换得到的数据输出；当OE端输出为低电平时，高阻态输出。D0D7引脚为转换后的数字量输出口线。CLK引脚为时钟输入信号端。由于在ADC0809的内部不具有没有时钟电路，通常由外部电路提供频率为500KHZ的时钟信号，VREF（）引脚和VREF（）引脚为参考电压输入端。3.7 稳压电路的设计 本系统需要设计一个稳压电源电路，要求稳压电源电路输入为交流220V，具有+5V和+15V双路直流电源输出功能。稳压电源的组成由整流电路、变压器、滤波电路和稳压电路组成。直流稳定电路设计方法是：首先交流输入电压流进电压变压器，将交流市电电网电压220V/AC经降压变压器输出低压交流25V，再流经过桥式整流电路整流，再经过滤波电路滤波，最后进入稳压电路。整流电路使用的是全波整流电路，滤波电路使用的是极性电容滤波电路，稳压电路采用的是固定式三端集成稳压电路芯片，由三端稳压器得到直流电压输出，这样具有连续可调的正极型直流稳压电源就设计出来了。稳压电路各电路模块功能如下：电源变压器的功能是：将供电网接入的交流220V、50HZ交流电压，转换为低压电子设备或产品所需的交流低电压。整流电路的功能是：利用半导体二极管器件单向导电的特性，将正弦的交流电转换成脉动的直流电。滤波电路的功能是：利用电容的特性，把脉动的直流电转换成先对较平滑的直流电。稳压电路电路的功能是：将较平滑的直流电经过稳压电路的调整后，输出稳定的直流电压。本系统设计的直流稳压电路应用三端稳压器件LM7805和LM7815作为+5V和+15V的调整输出器件。如图3-10所示稳压电路图。图 3-10 稳压电路图稳压电路中的电容C12和C5为输入电容，它的作用是抑制输入电压的纹波；电容C13和C6为输出电容，它的作用是消除振荡，冲击性负载被缓冲，保证电压输出的稳定。3.8 液晶显示电路设计人机交互的一部分组成就是显示电路，显示电路也是本设计的输出电路之一。可以作为单片机显示的电路有两种方案： 第一种方案：使用LED数码管作为显示器件。LED数码管特点是显示亮度高、低电压工作、小功率消耗、器件小型化、使用寿命长、抗冲击强、显示性能稳定，被应用到广泛领域。第二种方案：使用LCD1602液晶显示屏作为显示器件。液晶显示屏的原理是利用液晶通电后变色的物理特性，对特定的显示区域通电进行点亮显示控制。液晶显示屏是显示器件的厚度变得更薄、可以由大规模集成电路驱动液晶显示、全色彩显示变得更容易的特点。与数码管显示器件相比较，液晶显示器有高质量的显示效果、器件的体积更小、功耗更低等特点，更大的优势在于其电路设计简单，操作更加便捷。因此本系统设计采用第二种方案作为显示电路。本系统设计的显示电路可以将电阻的测量值通过液晶显示器显示出来，有助于使用人机交互方式。3.8.1 1602液晶显示模块介绍液晶显示器用LCD英文简写，它是一种高分子化学材料。液晶显示器主要工作原理是在电流刺激下，液晶分子产生图形画面，并配合灯管形式的背光下构成显示画面。11602字符型液晶简介现阶段，在单片机应用设计中，字符型液晶模块已经被作为最常用的信息显示器件了。1602型字符型LCD显示模块具有小体积，低功率能耗，丰富的显示字母、符号内容等特点。LCD1602字符型液晶显示器外观图如图3-11所示图3-11 LCD1602液晶显示器外观图21602液晶引脚功能1602字符型LCD液晶显示屏字符可以分成2行显示、每行显示16个字符， D0D7作为数据总线接口，共有8位；控制端口共有3个，分别是RS、R/W和EN；液晶显示屏使用5V的工作电压，同时具有字符对比度可调节功能，背光亮度可调节的功能。1602字符型LCD的接口引脚说明如表3-3所示：表3-3 1602液晶显示器的引脚功能引脚号符号状态功能1VSS电源地2VDD电源+5V3V0字符对比度调节端4RS输入寄存器选择，该位为1时，输入数据；该位为0时，输入指令5R/W输入读、写操作选择，该位为1时，读操作；该位为0时，写操作6E输入使能信号，高电平或是下降沿有效7D0三态数据总线第0位8D1三态数据总线第1位9D2三态数据总线第2位10D3三态数据总线第3位11D4三态数据总线第4位12D5三态数据总线第5位13D6三态数据总线第6位14D7三态数据总线第7位15LEDA输入背光+5V有些液晶没有背光，有些引脚与此不同16LEDK输入背光地3.8.2 1602液晶硬件接口电路设计1602字符型液晶硬件接口电路，设计电路图如图3-12所示图3-12 1602液晶硬件接口电路图3.9 本章小结 本章任务主要是系统硬件电路设计，需要确定硬件电路设计总方案，设计整机硬件系统方框图，运用单片机控制电路实现AT89S51实现时钟电路和复位电路，恒流源电路设计，电压信号放大电路设计，A/D转换电路设计，稳压电路设计等工作。实现流程主要是通过片机AT89S51控制，把被测电阻连接到本系统所设计的恒流源电路上，由于电流通过被测电阻会在电阻上产生压降，通过放大电路将被测电阻上面的压降进行放大，放大后的电压信号经过A/D转换芯片将采集电压信号传送给单片机，单片机将电压与电阻的比值转换为电阻值完成测量，并将测量的结果通过液晶显示屏进行显示。 第4章 系统软件程序设计本论文设计采用了模块化程序设计的这种方法，使用C语言对单片机进行编程，C语言的特点是：具有可读性好、可移植性好、易于实现模块化编程的特点。程序主要包括主程序、电阻测量子程序、A/D采集子程序、按键处理子程序，液晶显示子程序。4.1 主程序软件程序设计如图4-1所示主程序流程图。图4-1 主程序流程图系统的主程序主要完成单片机系统的初始化、A/D数据转换处理和调用相关的处理模块的功能。主程序将定时器、1602液晶显示屏及ADC0809数模转换器初始化后，采集启动测试按键的状态，当启动测试按键被按下，ADC0809把电阻电压的模拟量信号转换成数字信号，系统根据电压值和电流值计算出被测电阻的阻值，然后再控制显示模块输出。4.2 液晶显示程序设计液晶显示程序流程图如图4-2所示。LCD初始化发送数据写显示地址开始结束LCD显示图4-2 液晶显示程序流程图/*写命令字子程序*/void write_com(uchar com) lcdrs=0;P1=com;delay1(1);lcden=1;delay1(1);lcden=0;/*写数据子程序*/void write_data(uchar date)lcdrs=1;P1=date;delay1(1);lcden=1;delay1(1);lcden=0;/*初始化子程序*/void lcd_init()lcden=0;write_com(0x38);write_com(0x01);write_com(0x08);delay1(100);write_com(0x06);write_com(0x80);4.3 A/D转换程序设计如图4-3所示A/D转换程序流程图。图4-3 A/D转换程序流程图定时器中断编程为ADC0809提供A/D转换时所需的CLK信号，ST上升沿信号清空ADC0809转换器内部寄存器内容，ST下降沿开始进行A/D转换；如果EOC输出高电平，A/D转换结束；将OE置位高电平，单片机从I/O接收ADC0809数据输出端D0D7发来的转换数据。将接收的转化数据按照D/256VREF计算后，得到真实电压值，其中VREF为转换的参考电压值。/*A/D转换子程序*/if(EOC=1) OE=1; getdata=P0; OE=0;temp=getdata ST=0;delay1(5); ST=1;delay1(5); ST=0; 4.3 本章小结 本章任务主要是系统软件程序设计，本设计采用了模块化程序设计的这种方法，使用C语言对单片机进行编程，C语言的特点是：具有可读性好、可移植性好、易于实现模块化编程的特点。程序主要包括主程序、电阻测量子程序、A/D采集子程序、按键处理子程序，液晶显示子程序。最终达到所要求的指标，运行成功。第5章 系统仿真设计5.1 整机仿真电路设计图5-1 整机仿真电路图整机系统仿真电路如图5-1所示。整机电路包括主控单片机AT89C51最小系统电路，恒流源电路