簡易自動電阻測試儀.doc

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1、無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院全國電子設(shè)計大賽設(shè)計論文項目：簡易自動電阻測試儀參賽人員：李宇偉、周建龍、葉中英院系：電子工程學(xué)院指導(dǎo)老師：李泓、何丹時間：2011年8月31日參賽編號：510032摘要：本設(shè)計介紹了一種簡易自動電阻測試儀，包括系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。本測試儀以CYGNAL公司的C8051Fxxx型單片機(jī)C8051F410構(gòu)成的最小系統(tǒng)為控制核心，由電阻測量模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊，LCD顯示、按鍵模塊，電源電路等模塊構(gòu)成。能夠為100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四檔進(jìn)程量程，測量準(zhǔn)確度為±（1%讀數(shù)＋2字）；100Ω、1kΩ、10kΩ三檔量程具有自動量程轉(zhuǎn)換

2、功能。另外本系統(tǒng)還具有具有自動電阻篩選、自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化曲線等功能。關(guān)鍵詞：C8051F電阻測量步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動目錄一、前言2二、方案比較與論證22.1電阻測量方案論證與選擇22.2A/D模塊方案論證與選擇32.3電機(jī)模塊方案論證與選擇32.4電機(jī)驅(qū)動模塊論證與選擇42.5微控制器模塊論證與選擇42.6顯示模塊論證與選擇5三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計53.1系統(tǒng)總體設(shè)計53.2電阻測量硬件電路設(shè)計63.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊硬件設(shè)計63.4液晶顯示、按鍵模塊硬件設(shè)計73.5電源電路模塊8四、系統(tǒng)軟件設(shè)計94.1主程序設(shè)計94.2子程序設(shè)計10五、系統(tǒng)調(diào)試及

3、系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)125.1主要測試儀器125.2基本功能測試125.3發(fā)揮部分功能測試135.4其他功能測試13六、設(shè)計總結(jié)14參考文獻(xiàn)15附錄16一、前言本次競賽G題要求設(shè)計并制作一臺簡易自動電阻測試儀。能夠?qū)?00Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四個量程檔進(jìn)行測量，測量準(zhǔn)確度為±（1%讀數(shù)＋2字）；3位數(shù)字顯示（最大顯示數(shù)必須為999），能自動顯示小數(shù)點(diǎn)和單位,測量速率大于5次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三檔量程具有自動量程轉(zhuǎn)換功能；具有自動電阻篩選功能等任務(wù)。根據(jù)該題目的要求，我們組設(shè)計了以下幾種方案并對各方案進(jìn)行了論證與分析。二、方案比較與論證在進(jìn)行

4、本設(shè)計前我們對各功能模塊進(jìn)行了比較論證和選擇。2.1電阻測量方案論證與選擇方案一：交流電橋測量法交流電橋的構(gòu)造及原理均與直流惠斯通電橋相同，電源使用交流電，四臂的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4，可以用電阻、電感、電容或其他組合，電橋平衡的條件是此條件顯示交流電橋不同于直流電橋：首先條件有兩個，因此，需要調(diào)節(jié)兩個參數(shù)才能使電橋平衡；其次，阻抗的多樣性可以組合成各具特色的電橋，但非所有電橋都能同時滿足達(dá)到平衡的條件。方案二：LM334恒流源測量法該方法是給待測電阻提供一個恒定電流，利用單片機(jī)的AD采集其兩端的電壓來確定其電阻值。此種方法簡單易行，但是由于電阻變化范圍是1

5、00?~10M?，電壓變化范圍太大，而單片機(jī)AD輸入范圍有限，所以至少需要六個擋才能實現(xiàn)要求的指標(biāo)。方案三：直接測量法，也叫轉(zhuǎn)換測量法。測量時，把電阻歐姆先轉(zhuǎn)換成別的量再測量。比如把被測量電阻施加以一個已知的電壓，那么再測量流過電阻的電流，根據(jù)歐姆定律，這個電流與電阻成正比。因此，我們采用測量這個電壓，就可以得到電阻值。直接測量簡單快速，但轉(zhuǎn)換后很多因素直接參與誤差貢獻(xiàn)，比如恒流源的精度、電壓表的精度都直接影響被測電阻值。方案四：電阻—電壓轉(zhuǎn)換測量法，采用R/U轉(zhuǎn)換器將被測電阻轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到的直流電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由單片機(jī)控制輸出顯示被

6、測電阻值到LCD。經(jīng)過討論，我們選擇了方案四作為我們測量電阻的最終方案。2.2A/D模塊方案論證與選擇方案一：采用專門的A/D芯片來完成電壓的采集與轉(zhuǎn)換，在測量速度和精度上都能滿足本設(shè)計的要求，但是需要額外的硬件，故性價比不高，且增加了系統(tǒng)的功耗。方案二：采用單片機(jī)C8051F410內(nèi)部有一個12位SARADC和一個27通道單端輸入多路選擇器，該ADC的最大轉(zhuǎn)換速率為200ksps。既能滿足設(shè)計的要求有可以節(jié)省硬件電路開支。經(jīng)比較我們采用方案二。2.3電機(jī)模塊方案論證與選擇方案一：采用直流電機(jī)直流電機(jī)速度快，價格便宜，通過調(diào)節(jié)電流來改變速度，驅(qū)動電路簡單，調(diào)速范

7、圍廣，調(diào)速特性平滑。但其轉(zhuǎn)距小，帶有大負(fù)載時很容易堵轉(zhuǎn)；而且由于其速度較快，不易控制，精確度低，不適合應(yīng)用在本題。方案二：采用減速電機(jī)減速電機(jī)也是通過控制電流來改變速度的，而且其內(nèi)部有減速齒輪箱，轉(zhuǎn)距大，速度較步進(jìn)電機(jī)快。不適合應(yīng)用在本設(shè)計。方案三：采用步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)構(gòu)，通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，其精確度高。通過分析題目要求，步進(jìn)電機(jī)可以達(dá)到題目要求的精度，而且價格適中，控制簡單。綜上所述，我們決定采用步進(jìn)電機(jī)。2.4電機(jī)驅(qū)動模塊論證與選擇方案一：采用大功率三極管，二極管，電阻

8、電容等元件采用上述元件搭