简易电阻自动测试仪 英文

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1、简易自动电阻测试仪简易自动电阻测试仪摘要摘要摘要摘要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。主控制部分采用 8 位高速/低功耗/超强抗干扰单片机 STC12C5A60S2。 以自制电源作为电阻测量模块和各个主要控制芯片的输入电源， 测量原理是通过 12 位 A/D 转换芯片 TLC2543 测量被测电阻两端的电压，再送单片机进行判断和 计算得到电阻值，从而实现量程的自动切换。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。利用 STC12C5A60S2 单片机控制测量和计算结果，测量结果采用 12864 液晶块实时显

2、示。实验结果本 系统性能稳定，测量精度比较精确。1一、一、方案论证与比较方案论证与比较方案论证与比较方案论证与比较1.1.电阻测量部分电阻测量部分方案一方案一：串联分压原理VRxR0图 1 串联电路原理图根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测 量 Rx 和 R0 上的电压。由公式Rx=Ux/(U0/R0) 但是此电路适合于测量变化范围不大的电阻。方案方案二二：恒流源测阻法。该方法是通过取样电阻给被测电阻提供一个恒定电流，利用单片机 A/D 采样其两端的电压来确定其阻值。 具有测量电路简单，快速，准确的特点，而且对于变化范围较大的电阻也能 很好的测量。 由于温度对集成

3、运放参数影响不如对晶体管和场效应管参数影响之 显著，由集成运放构成的恒流源稳定性更好，恒流性能更高的优点。尤其在负载 一端需接地，要求大电流的场合，获得了广泛应用。方案三：采用反相输入比例运算电路来测量被测电阻阻值。综上所述，选用方案二和方案三相结合达到题目要求的精度 。2.2.按键和液晶显示部分按键和液晶显示部分方案方案一一： 采用 LCD1602 液晶显示。 其优点是显示方便，使用方便灵活占用 I/O 口少，不需要循环扫描，节省了 大量的程序开销，但是其内容显示比较单一，所以放弃此方案。方案方案二二： 采用 12864LCD 液晶显示。 其优点是显示信息非常丰富，可以很形象的显示设计者的所

4、想，方便使用者 使用，占用 I/O 口少，不需要循环扫描，节省了大量的程序开销。 鉴于本系统的设计要求和扩展要求， 我们采用 12864 液晶作为我们的显示模 块，用键盘管理芯片 ZLG7289 管理 16 位键盘。此法易于控制，外围电路简单， 占用 I/O 接口少，最多可控制 64 个键盘。2二、二、二、二、主要电路以及原理分析主要电路以及原理分析主要电路以及原理分析主要电路以及原理分析1.1.电源模块电源模块利用集成稳压块 7805 和 7905 构成正负 5v 电源，体积小，集成度高，线性 调整率和负载调整率高。电路简单，易于调试。 电路如图 4 所示：2. 2. 2. 2.电阻测量部分

5、电阻测量部分（1）.100,1k,10k 档位测量 MC1403 是 TI 公司的 D/A 转换芯片，把输入电压 5V 转换为 2.5V 的电压,再 通过 1K 的电位器为 INA133 提供 1V 的输入电压。 因为 INA133 和 OPA2613 输出需要的最大电流为 20mA ,100档位时被测电 阻的最大电压为2V,由于题目要求最大数显为999， 所以A/D采样电压范围为 （0V， 2V） 。 从而得出 1K 档位时最大而不可取电阻 R=1K,电压为 2V,由公式 I=U/R 得 I=2V/1K=2mA。从而得到表 1：档位恒流源电流取样电阻10020mA5010002mA50010

6、0000.2mA5000表 1 用恒流源法测电阻主要看重恒流源输出电流的精度，不同量程的恒电流不 同，为达到题目要求的精度，取样电阻必须为精密电阻，从而选择 1/2W、误差 为千分之一的精密电阻。 A/D 转换芯片采样到被测电阻 R 两端的电压 V 送给单片机判断（先从最小量 程判断） ，若其超出最大采样电压 2V,光耦控制继电器切换到下一个量程，通过3R=V/20mA(100档位)R=V/2mA(1K档位)R=V/0.2mA(10K档位)计算出电阻，从而达到测量电阻的目的。原理图：（3）.10M档位测量本方案采用反相输入比例运算电路来测量被测电阻阻值。其原理是：1V 的 基准电压经取样电阻接

7、到集成运放 CA3140 的反相端， 被测电阻 Rx 接在输出端和 反相输入端之间，同相端接地，构成电压并联负反馈，则运放工作在线性区。4根据“虚短”的概念：0-=+UU根据“虚断”的概念：0-=+II又因为测测取，RU RUIRUI00 fi 1-0=所以 测取RU RU0i-=即取测RUURi0-=档位恒流源电流取样电阻10M100k0.02mA50k1000k0.002mA500k10000k0.0002mA5000k所以待采样电阻两端的电压值最大不超过 2V，刚好同 10K以下的各档位的 待测电阻两端的电压相吻合。已而大大减小了硬件电路，也把程序做了很好的优 化。3.3. 单片机系统单

8、片机系统系统采用8位高速/低功耗/超强抗干扰单片机STC12C5A60S2作为主控芯片。 STC12C5A60S2 是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机，是 8 位高速/低功 耗/超强抗干扰的新一代单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但速度快 12 倍。 8 路高速 10 位 A/D 转换（250k/s,即 25 万次/s） 。其中内部扩展 1K 的 RAM 在本 次设计中起到了存储大量数据的作用，简化了设计硬件难度，用户应用程序空间 60K 字节。 A/D 转换芯片采用 12 位的 TLC2543，A/D 转换芯片具有精度高，其可达到 1/4096。而待采样的电压其最大值为 2V。所

9、以，A/D 转换芯片的正负基准电压可5选为，负基准电压接 GND,正基准电压接+2.5V。为了使它的精度更精确，所以采 用 MC1403 为其 A/D 转换芯片提供基准电压，使其基准电压更准确，以提高精确 度。4.键盘控制及显示（1）.键盘部分ZLG7289是具有串行接口的， 可同时驱动 8位共阴式数码管 （或 64只独立 LED） 的智能显示驱动芯片， 该芯片同时还可连接多达 64 键的键盘矩阵， 单片即可 LED 显示、键盘接口的全部功能。本设计采用其控制 16 个按键很好的达到控制题目 要求的功能，不需要循环扫描，只需相应中断进而读取当前按键值编码，节省了 大量的 CPU 时钟脉冲。 Z

10、LG7289 的管脚图所示：ZLG7289 管脚图6（2 2 2 2）. . . .液晶部分液晶部分四、四、四、四、程序流程图程序流程图程序流程图程序流程图主程序流程图：开 始初始化各模块等待按键是否为设置按键切 换 按 键YN自 动 测 阻筛 选 电 阻绘 制 曲 线退出回到切换界面1 0M测 量 档实 测 电 阻切 出切 出 切 出Y7各模块程序流程图：自 动 测 阻置 最 低 档 位100合 适 记忆当前档位置最中间档位1K记忆当前档位置 最 高 档 位1 0K记忆当前档位不 合 适不 合 适合 适合 适不 合 适测 量 显 示合 适 档 位 （记 忆 值）筛 选 电 阻切换按键并设置电

11、 阻值以及误差值计算合格范围并显示测当前阻值并判断 是 否 合 格（显 示）绘 制 曲 线步 进 并A D采 样 存 储（循 环1 7次）计算采样值并更新数据表刷新液晶屏并绘制采样 值（坐 标 形 式）五五五五、系统调试及测试结果、系统调试及测试结果、系统调试及测试结果、系统调试及测试结果1.单个模块调试： 恒流模块测试：通过手动设定基准电压为 1v，分为 100 欧姆，1k 欧姆，10k 欧姆三个档位。设定采样电阻分别为 50 欧姆，500 欧姆，5k 欧姆。采样电流：100 欧姆档位mARUI2050/1/=1K 欧姆档位ARUIm2/= 10K 欧姆档位ARUIm2 . 0/= 10M

12、欧姆档位的测量：设定基准电压 1v，分为 100k 欧姆，1M 欧姆，和 10M 欧姆三个档位， 优点： 能输出稳定电流,能准确的切换档位，为了能提高电流稳定值， 将 100 欧姆，1k 欧姆，10k 欧姆，100k 欧姆，1M 欧姆，和 10M 欧姆的都经过相等的阻 值并联作为采样电阻，这样做能有效提高测量精度采样电阻精度 0.1% 确定档位电流电阻：由于环境温度影响阻值会发生变化，造成电阻值小 范围漂移，进而一定程度上影响测量精度。显示模块测试：通过单片机控制键盘和显示，并能实时，准确显示数据。 优点：显示菜单一目了然 绘图装置的测试：4.7k 电位器通过联轴器与步进电机连接，通过单片机控

13、 制步进电机步进值旋转电位器，本设计外围电路简单，易于控制。 2.整机调试手动测量：串入电位器进行测量。通过调节电位器变化测量被测电阻两端的 电压，从而通过 A/D 采样实时显示在液晶屏上。8优点：误差范围满足题目要求，并且快速，实时显示。本设计电位器易于控制， 精度高。 缺点：电位器调节不容易控制。 自动测量：通过单片机控制继电器快速切换，A/D 采样速率快，能准确显示测量 结果，采样速率满足题目要求。 优点：本设计能自动测量，筛选任意误差阻值并实时显示， 3.测试结果： （误差值:实际测量值与标称值的误差）标称值万用表测作品实际性能误差值 4.75.374.54.8 2 字 4747.67

14、46.947.20.21%0.42% 7577.1876.377.10.7% 10099.0599.60.4% 2202182162190.45% 5105135080.3% 8208388238250.36% 1k9989990.1% 2.7k2.71k2.682.69k0.37% 8.2k8.237k8.268.27k0.73% 10k9.909k9.96k0.4% 20k19,74k19.619.8k1% 100k99.94k99.9k0.1% 470k471.6k472k0.42% 1M1.003M1.00M0% 1.5M1.526M1.49M0.6% 5M5.011M4.96M0.8

15、% 10M9.996M9.950.5%六、六、六、六、总结总结总结总结在本次有限的时间设计中，遇到了很多问题，包括做恒流源先做不到 20mA 的输出，最后通过跟随器方式，使用平时训练的的 TI 器件 OPA2613 达到所需的 要求，在设计 10M 测量方案时遇到了运放选择的问题，最终测试直流放大器 CA3140 可以做到题目要求的精度，在程序控制方面，遇到了以前所没有接触到 的图形绘制方法，通过我们讨论最终问题迎刃而解，但是由于时间，任务繁重， 有些细节方面不是很完善。经过各种方式和方法解决其中遇到的困难很多，但是 我们一直坚持可以实现，想办法解决，最终都如其所愿，收获了很多经验，提高 了我

16、们的自信心。（附录 1）部分原理图99GND101112REF-13REF+14CS15OUT16AIN01AIN12 3 4 5 6 7 8INPUT17CLOCK18EOC19VCC20J17TLC2543EOCEOCCLKCLK INPUTOUTOUTCSCSREF+REF+12J3CON2VCC12J4CON2AIN0 AIN1AIN1AIN0VCC1OUT2GND345678J12MC1403REF+1 2 3 4 5 6J1CON6P101P112P123P134P145P156P167P178RST/4.79P3010P3111P3212P3313P3414P3515P3616P3717x218x119GND20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN/P4.429ALE/P4.530EA/P4.631P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40STC12C5A60S2U2805112345