畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的毫歐表設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 論 文題目 基于單片機(jī)的毫歐表設(shè)計(jì)姓 名 學(xué) 號(hào)系（院）電子系 班 級(jí) p08電氣2班指導(dǎo)教師 職 稱 講師2011 年 4月 18日目 錄摘 要2abstract3第1章 緒論4第2章 方案選擇5 2.1電阻測(cè)量方案52.1.1 方案一 比較法測(cè)電阻52.1.2 方案二 替代法測(cè)電阻52.1.3 方案三 直流電橋測(cè)電阻62.1.4 方案四 伏安法測(cè)電阻6 2.2 壓控恒流源方案62.2.1 方案一62.2.2 方案二6 2.2.3 方案三6第3章 模塊設(shè)計(jì)7 3.1 數(shù)控恒流源7 3.2 電壓放大模塊設(shè)計(jì)8 3.3 ad轉(zhuǎn)換與單片機(jī)處理9 3.4 da轉(zhuǎn)換9 3.5 按鍵的輸入及數(shù)

2、碼管的顯示輸出9第4章 軟件設(shè)計(jì)10 4.1 主程序流程圖10第5章 系統(tǒng)功能，指標(biāo)參數(shù)11 5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能11 5.2 測(cè)量電阻方法11 5.3 實(shí)際測(cè)試結(jié)果11 5.4 對(duì)測(cè)理結(jié)果的分析13結(jié)束語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15致 謝16摘 要基于at89s52單片機(jī)的毫歐表設(shè)計(jì)是采用伏安法測(cè)量電阻。采用tlc5615數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和lm358運(yùn)算放大器及三極管tip41構(gòu)成的壓控恒流源提拱恒定的電流。測(cè)量電阻時(shí)可選擇的電流分別為1ma，10ma，100ma。測(cè)量電阻的量程分別為40.00、4000m、400.0m。測(cè)量的電壓信號(hào)通過(guò)lm358運(yùn)算放器放大100倍后經(jīng)過(guò)tlc1549模數(shù)芯片傳入單片

3、機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理并在數(shù)碼管上輸出電阻值。關(guān)鍵字：毫歐表壓控恒流源 abstractbased on the baekho europe at89s52 scm by voltammetry table design is measuring the resistance. using tlc5615 analog-to-digital conversion chips and lm358 operational amplifiers and transistor consists of tip41 voltage controlled constant-current source mentio

4、n arch constant current. when the resistance measurement can select 1ma 10ma respectively, current, 100ma. resistance measurement range , respectively, 4000m 40.00 per day 400.0 m. measuring voltage signal through lm358 operation is magnified 100 times put tlc1549 modulus chip after calculated proce

5、ssing and introduced into scm in digital tube output resistance! key word: baekho uefa table press control constant current source 第1章 緒論采用伏安法測(cè)電阻，通以恒定的電流，測(cè)量電阻上的電壓。因?yàn)閡ri 由于電阻為毫歐，如果電流為毫安的話，則所得的電壓值很小，難以通過(guò)adc識(shí)別出來(lái)?？梢圆捎么箅娏鞯姆椒ê桶央妷盒盘?hào)放大的方法來(lái)使adc芯片識(shí)別出來(lái)并由通過(guò)單片機(jī)計(jì)算得出電阻值。采用大電流的話，由于很多小電阻無(wú)法承受較大的電流，通過(guò)電阻的電流較大時(shí)，產(chǎn)生的熱量也多，

6、會(huì)帶來(lái)較大的誤差。所以采用把電壓信號(hào)放大的方法，把微小的電壓信號(hào)放大后經(jīng)過(guò)ad轉(zhuǎn)換，把信號(hào)送入單片機(jī)，然后由單片機(jī)計(jì)算并顯示出電阻值。測(cè)量范圍測(cè)量電流最大輸出電壓電壓放大100倍40.001ma40mv4v4000m10 ma40mv4v400.0m100 ma40mv4v上圖為測(cè)試電阻的范圍及測(cè)量時(shí)的電流：第2章 方案選擇2.1電阻測(cè)量方案2.1.1 方案一 比較法測(cè)電阻 在乙圖中,k1閉合，k2斷開(kāi)測(cè)得u1;k1斷開(kāi)，k2閉合測(cè)得u2，使用條件：在乙圖中應(yīng)保證ab間電壓恒定。上圖中的比較法測(cè)量電阻值的阻值非常小時(shí)，電阻r0難以選取。并且要用電壓表測(cè)量?jī)商庪娮璧碾妷骸Ｆ渲械膶?dǎo)體接觸間的電阻也

7、會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的誤差，并且對(duì)電壓表的要求高。沒(méi)有采用此方案。2.1.2 方案二 替代法測(cè)電阻步驟： k1打開(kāi)，k2接1，調(diào)節(jié)r1為最大，電阻箱r0為最大。 閉合k1。調(diào)節(jié)r1使、指針指在2/3處，讀數(shù)。 k2接2，保持r1不動(dòng)，調(diào)節(jié)r-0，使、讀數(shù)不變。 rx=電阻箱讀數(shù)。條件：被測(cè)量的部份電路電流或電壓不變。上圖但不適合于測(cè)量小電阻。因?yàn)殡娮柘涞淖柚狄话愣驾^大。測(cè)量的電阻精度低。2.1.3 方案三 直流電橋測(cè)電阻直流電橋又分直流單電橋和直流雙電橋。采用上面的兩種方法時(shí)要用很多操作需要手動(dòng)操作，并且對(duì)元件選取要求高，是通過(guò)數(shù)字電位器來(lái)改變需要的電阻參數(shù)，雖然可以達(dá)到數(shù)控的目的，但數(shù)字電位

8、器的每一級(jí)步進(jìn)電阻比較大，調(diào)節(jié)困難，需要采用數(shù)控電阻，用單片機(jī)處理計(jì)算雜復(fù)并且測(cè)量時(shí)操作不方便。2.1.4 方案四 伏安法測(cè)電阻 采用伏安法測(cè)量電阻時(shí)，恒流源電路產(chǎn)生恒定的電流源通過(guò)被測(cè)電阻rx,只需要測(cè)量出rx上的電壓大小，然后用rxu / i 即可算出電阻的阻值大小。方便單片機(jī)進(jìn)行處理。實(shí)際操作起來(lái)相對(duì)也比較簡(jiǎn)單。方案四,操作簡(jiǎn)單，計(jì)算方便。精度比方案一和方案二高，但操作和計(jì)算比方安三更簡(jiǎn)單和方案。所以采用方案四伏安法測(cè)電阻。2.2 壓控恒流源方案2.2.1 方案一 iu/（r1+r2）,若r1r2，則電流i約為iu/r1； 可以采用一個(gè)恒定的電壓，然后除以一個(gè)大電阻，測(cè)試時(shí)由時(shí)所測(cè)的電阻

9、很小，基本上可以看作電流是恒定的。但這種方案測(cè)量的電阻阻值越大，電流變化較大，電流精度不高。2.2.2 方案二 采用恒流二極管或者恒流三極管，精度比較高，但這種電路能實(shí)現(xiàn)的恒流范圍很小，只能達(dá)到十幾毫安，不能達(dá)到題目的要求。2.2.3 方案三壓控恒流源，通過(guò)改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的大小來(lái)控制輸出電流的大小。電壓控制電路采用數(shù)控的方式，利用單片機(jī)送出數(shù)字量，經(jīng)過(guò)d/a轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào)，再送到運(yùn)算放大器和大功率三極管進(jìn)行放大輸出電流。該方案通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)輸出電流穩(wěn)定，易于功能的實(shí)現(xiàn)，便于操作，故選擇此方案。原理圖如下面的數(shù)控恒流源中的原理圖。第3章 模塊設(shè)計(jì)3.1 數(shù)控恒流源數(shù)控恒流源

10、為電阻測(cè)量提供恒定的電流。單片機(jī)由測(cè)量所需的電流而控制輸出恒定電流的大小。實(shí)際電路中采用的三極管為tip41，三極管本身在這里不具備控制電流大小的作用，但是起到驅(qū)動(dòng)和擴(kuò)流的作用。前面是一個(gè)電壓跟隨，后面一個(gè)負(fù)反饋。r9上的電壓為輸入的電壓vin。理論計(jì)算i1=vr1/r1=(vi-v+)/r1；i2=vr2/r2=(v+-va)/r2；因?yàn)閕+=0,得i1 =i2 所以va=(v+-vi)r2/r1+v+；i3=vr3/r3=v-/r1；i4=vr4/r4=(vo-v-)/r4；因?yàn)閕-=0,得i3 = i4 所以vo=v- (r3/r4+1)；從而可得r5上電壓為ur5vo - va =（r

11、4/r3）v- - （r2/r1）v+ +(v-v+）+ （r2/r1）vi ，若r2=r1,r3=r4,且 v-v+ 則ur5vi（輸入電壓）假設(shè)i5=il 可得 va/rlvi/r5 ，由上式的va=(v+-v-)r2/r1+v+；及r2=r1；可得 （v+ - v-）/rlvi / r5 即（v+/v-）-1 rl/ r5；當(dāng)v+vi 和rlr5, r3+r4rl,時(shí)可滿足rl上電流恒定。3.2 電壓放大模塊設(shè)計(jì)需要把測(cè)量到的直流電壓信號(hào)放大100倍后，即可傳給ad芯片再由單片機(jī)處量。原理圖如下 通過(guò)調(diào)節(jié)r2與r1的比值即可以改變電壓放大倍數(shù)。上圖為lm358的pdf里提供的電路原理圖，

12、實(shí)際電路中采用的電阻r21m，r1由3296電位器構(gòu)成，阻值調(diào)成10k。 上圖是采用的單個(gè)運(yùn)算放大一百倍。也可以采用兩個(gè)運(yùn)算，每個(gè)放大十倍。實(shí)際電路制作過(guò)程中，上面兩種方法都進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)采用單個(gè)運(yùn)算放大一百倍效果相對(duì)要好。所以實(shí)際電路中是采用的單個(gè)運(yùn)算放大100倍的方法。3.3 ad轉(zhuǎn)換與單片機(jī)處理電阻測(cè)量所取得的電壓信號(hào)放大100倍后，通過(guò)ad-in傳入adc轉(zhuǎn)換芯片。再由單片機(jī)計(jì)算，用所得的電壓除以測(cè)量時(shí)恒定的電流可得電阻的阻值大小，但此時(shí)的電阻阻值還不是實(shí)際所測(cè)得的電阻阻值，因?yàn)殡妷菏欠糯笠话俦逗笏玫?。所以結(jié)果應(yīng)縮小100倍即可得到真實(shí)的電阻阻值大小。3.4 da轉(zhuǎn)換由單片機(jī)控制da

13、c5615芯片分別產(chǎn)生40mv、400mv、4000mv的電壓即可獲得需要測(cè)量的電流分別為1ma (40mv/40)、10ma (400mv/40)、100ma (4000mv/40)。實(shí)際電路中只需要選擇好相應(yīng)的電阻測(cè)量范圍即可。不需要手機(jī)選擇測(cè)試電流，電流將由單片機(jī)控制電壓控制電流源電路輸出所需要的電流。3.5 按鍵的輸入及數(shù)碼管的顯示輸出采用了串行接口8位led數(shù)碼管及64鍵鍵盤智能控制芯片hd7279芯片來(lái)處理按鍵的輸入及位數(shù)碼管的輸出顯示。本電路只采用了44的按鍵及位數(shù)碼管顯示輸出。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖第5章 系統(tǒng)功能，指標(biāo)參數(shù)5.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 （1） 電阻的測(cè)

14、量，測(cè)量電阻范量為0.1m40。(理論值可達(dá)到0.1m) （2） 產(chǎn)生方波，正弦波，方波，鋸齒波。 （3） 時(shí)鐘的顯示功能。并可調(diào)整時(shí)間。 （4） 測(cè)量0-4v間的直流電壓值。 （5） 壓控恒流源 輸入0-4v的電壓，產(chǎn)生恒定的電流為0-100ma。5.2 測(cè)量電阻方法 用小鱷魚(yú)夾接好電阻，選估計(jì)被測(cè)電阻的范圍，再按下按鍵來(lái)選擇測(cè)試的電流。其中，在100ma電流(按鍵3)中設(shè)了自動(dòng)調(diào)零技術(shù)?？梢赃x用把測(cè)試導(dǎo)線直接短接后，選按下數(shù)字鍵，再按一下自動(dòng)調(diào)零按鍵（數(shù)字0）即可。測(cè)量出的電阻顯示的是，測(cè)量值減去導(dǎo)線間的電阻值。注意：1,必須在測(cè)試之前,確定被測(cè)電阻可以安全流過(guò)最大測(cè)試電流!尤其在使用 0

15、.4 （100ma）檔時(shí)! 2,調(diào)零時(shí)，先把兩根測(cè)試導(dǎo)線短接。按下要用的量程鍵（數(shù)字鍵3）之后，再按下調(diào)零鍵（數(shù)字鍵0）。此時(shí)，數(shù)碼管會(huì)顯示出當(dāng)前導(dǎo)線間的電阻值一秒鐘并保存。再按下量程鍵（數(shù)字鍵3）即可進(jìn)行測(cè)量。5.3 實(shí)際測(cè)試結(jié)果 被測(cè)電阻全部為四色壞的碳膜電阻。0.24、2、2.2、3.9 由于測(cè)試時(shí)電阻有限，所以下面測(cè)試中部分電阻阻值是采用以上電阻串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)作為一個(gè)被測(cè)電阻。三個(gè)量程測(cè)試的數(shù)據(jù)分別如下： 1ma電流的量程，測(cè)得電阻阻值如下表量程電阻標(biāo)稱值測(cè)量電阻值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差 %1ma 4010.990.011.00 1ma 4022.110.115.50 1ma 402.22.

16、060.146.36 1ma 403.93.880.020.51 1ma 4044.040.041.00 1ma 4066.280.284.67 1ma 4088.450.455.62 1ma 401010.560.565.60 1ma 401212.880.887.33 1ma 401413.940.060.43 1ma 401616.340.342.13 1ma 401818.820.824.56 1ma 402020.740.743.70 1ma 402222.780.783.55 平均3.71 10ma電流的量程，測(cè)得電阻阻值如下表量程電阻標(biāo)稱值測(cè)量電阻值絕對(duì)誤差相對(duì)誤差 %10ma

17、40.120.1200.00 10ma 40.240.2400.00 10ma 40.480.5080.0285.83 10ma 40.720.7680.0486.67 10ma 411.0240.0242.40 10ma 422.0520.0522.60 10ma 42.22.2160.0160.73 10ma 43.93.9280.0280.72 10ma 444.0480.0481.20 平均2.24 100ma電流的量程，測(cè)得電阻阻值如下表量程電阻標(biāo)稱值m測(cè)量電阻值m絕對(duì)誤差相對(duì)誤差 %100ma 0.46061.41.42.33 100ma 0.48083.53.54.38 100m

18、a 0.4120125.45.44.50 100ma 0.4240255.815.86.58 平均4.45 5.4 對(duì)測(cè)理結(jié)果的分析 1 在采用1ma電流測(cè)試時(shí)，當(dāng)被測(cè)電阻小于2時(shí)，所得的測(cè)試結(jié)果平均比電阻標(biāo)稱值要小0.23。當(dāng)被測(cè)的電阻大于14歐時(shí)，所得的測(cè)試結(jié)果平均比電阻標(biāo)稱值要大1.38。在編程中對(duì)上面問(wèn)題進(jìn)行了軟件修正。 2 分析原因，當(dāng)測(cè)量電流為1ma，電阻小于2歐時(shí)，產(chǎn)生的電壓也小于2mv。由于lm358器件原因，而使得輸出結(jié)果小0.23。被測(cè)電阻大于14歐時(shí)，所得結(jié)果偏大的原因，估計(jì)由時(shí)測(cè)試時(shí)的14,16,18,20,22的電阻都是由一單獨(dú)阻值為2的碳膜電阻串聯(lián)而成的。在兩電阻間

19、的接觸處沒(méi)有用電烙鐵等工具焊接起來(lái)，而且直接用把電阻引腳綁定在一起。每個(gè)電阻連結(jié)處的電阻給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的較大的偏差。 3 測(cè)試結(jié)果表明,所測(cè)得的電阻在一定程度上與電阻本身標(biāo)稱值相同,當(dāng)工作電流太小，或在比較大的電流范圍時(shí)誤差有所增加。引起這些誤差的因素是多方面的，主要由測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)誤差以及電阻采用的是四環(huán)的碳膜電阻受溫度影響較大，電流源工作在大電流時(shí)受溫度影響所致。 4 本系統(tǒng)如果采如精度更高，溫度特性更好的電阻和導(dǎo)線，可提高測(cè)量的精度。結(jié)束語(yǔ)在制作毫歐表的過(guò)程中，我深切的體會(huì)到電路理論與實(shí)際相結(jié)合的重要。以及用電腦軟件仿真與電路理論及電路實(shí)際的不同。自己制作過(guò)程是先實(shí)際再理論最后再實(shí)際的過(guò)

20、程。自己最初制作的毫歐表是采用的是穩(wěn)定的電壓除以大電阻的恒流源方案。測(cè)量的結(jié)果不是很穩(wěn)定。而且每次換量程時(shí)還需要手動(dòng)改變電流，操作繁瑣。后面打算單片機(jī)通過(guò)控制繼電器來(lái)改變電流開(kāi)關(guān)。需要占用較多的單片機(jī)資源。而且成本增加。后面發(fā)現(xiàn)了壓控恒流源方案來(lái)恒定電流，接著花了很長(zhǎng)時(shí)間查資料學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)采用的壓控恒流源的方法來(lái)提拱恒定的電流。在整個(gè)制作過(guò)程中，主要是離不開(kāi)上學(xué)期電子培訓(xùn)課上老師所教的知識(shí)及提供的條件，讓自己學(xué)到了更多的知識(shí)。其次是網(wǎng)上電子愛(ài)好者及電子類的論壇給了自己很大的幫助，在整個(gè)制作過(guò)程中所遇到的問(wèn)題大部分是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上雖互不認(rèn)識(shí)但都愛(ài)好電子的電子愛(ài)好者給予的解答。用途：測(cè)量直流類m數(shù)十 的

21、小電阻,主要用于電動(dòng)機(jī),揚(yáng)聲器,繼電器等線圈的直流電阻,由于它們的直流電阻數(shù)值不大,普通萬(wàn)用表實(shí)際很難測(cè)量到準(zhǔn)確讀數(shù).使用毫歐表可以解決大部分這種測(cè)量.參考文獻(xiàn) 1 賽奎春.jsp信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例精選.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20052 閆靜等.dreamweaver與jsp動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)基礎(chǔ)與范例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20043（美）喬伊.面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社，20054 李勁.sql server2000數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)管理. 北京：清華大學(xué)出版社，20015 呂少華.web數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用. 北京：科學(xué)出版社，20016 石志國(guó).jsp 動(dòng)態(tài)網(wǎng)站編程. 北京：清華大學(xué)出版社，20017 張峰嶺.數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的需求分析研究. 北京：計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，20028 張巍.jsp+sql server網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)例. 北京：人民郵電出版社，20049 趙松濤.sql server 2000應(yīng)用及實(shí)例集錦. 北京：人民郵電出版社，200210 李華斌.active server pages實(shí)用教程. 北京：中國(guó)水力水電出版社，200011 譚浩