設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻器電阻值的測(cè)量課設(shè)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻器電阻值的測(cè)量 初始條件：（1）PROYUES、KEIL等軟件；（2）課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)書(shū)：?jiǎn)纹⑿陀?jì)算機(jī)（3）先修課程：51單片機(jī)C語(yǔ)言教程、微機(jī)原理。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）（1）設(shè)計(jì)原理或方法； （2）系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)圖；（3）程序框圖；（4）資源分配表；（5）總結(jié)與心得。時(shí)間安排：第19周指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要本設(shè)計(jì)電阻測(cè)量是利用A/D轉(zhuǎn)換原理，將被測(cè)將被測(cè)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并用數(shù)字方式顯示測(cè)量結(jié)果的

2、電子測(cè)量?jī)x表。通常測(cè)量電阻都采用大規(guī)模的A/D轉(zhuǎn)換集成電路，測(cè)量精度高，讀數(shù)方便，在體積、重量、耗電、穩(wěn)定性及可靠性等方面性能指標(biāo)均明顯優(yōu)于指針式萬(wàn)用表。其中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)按規(guī)定的時(shí)序?qū)/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換去中各組模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成BCD碼，最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)值。本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為系統(tǒng)的控制核心，結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)電阻測(cè)量表，能夠測(cè)量一定數(shù)值之間的電阻值，通過(guò)1602顯示屏顯示。具有讀數(shù)準(zhǔn)確，測(cè)量方便的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)（AT89C51) 電

3、壓 A/D轉(zhuǎn)換 ADC0809 1602目錄1.概述·············································

4、3;·············12.總體方案設(shè)計(jì)···································&

5、#183;············2 2.1.方案比較···································

6、83;············2 2.2.方案選擇····································

7、;············33.單元模塊設(shè)計(jì)····································&#

8、183;···········3 3.1.各個(gè)單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)··················4 3.1.1.傳感器模塊··············

9、3;·························43.1.2.三運(yùn)放放大電路模塊······················

10、·······4 3.1.3.雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ICL7107）模塊············53.1.4.數(shù)碼管顯示模塊························&

11、#183;··········8 3.2.電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇·······················9 3.2.1.橋式電路···········

12、;······························93.2.2.三運(yùn)放放大電路·················

13、83;···············9 3.2.3 雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ICL7107）···················10 3.3.特殊器件的介紹·········

14、······························10 3.3.1.ICL7107·················&#

15、183;·······················10 3.4.各單元模塊的聯(lián)接························

16、;·············134.相關(guān)軟件介紹···································&

17、#183;···········145.系統(tǒng)調(diào)試·····································

18、;···············156.總結(jié)與體會(huì)·································&#

19、183;················167.參考文獻(xiàn)································

20、····················17附錄一·····························&

21、#183;····························181 設(shè)計(jì)目的及其意義 本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)和AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電阻的測(cè)量。采用ADC0809，實(shí)現(xiàn) 由模擬電壓轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)處理后，由LCD顯示被測(cè)量電 阻的阻值。測(cè)量范圍為12K，精度大于98%。2方案設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)包括

22、硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模塊劃分為電壓測(cè)量（數(shù)據(jù)采集）、 模數(shù)轉(zhuǎn)換、阻值顯示等子模塊。電路結(jié)構(gòu)可劃分為：電壓測(cè)量，電壓轉(zhuǎn)換電阻， 阻值顯示及相關(guān)的控制管理軟件組成。用戶終端完成信息采集、處理、數(shù)據(jù)傳 送、顯示等功能。 從設(shè)計(jì)的要求來(lái)分析該設(shè)計(jì)須包含如下結(jié)構(gòu)：電壓測(cè)量電路，電壓轉(zhuǎn)換電 路，阻值顯示電路、單片機(jī)及相關(guān)的控制軟件組成；它們之間的構(gòu)成框圖如圖 1總體設(shè)計(jì)框圖所示：AT89C51電壓轉(zhuǎn)換電阻（ADC0809）LCD顯示電壓測(cè)量測(cè)量精度選擇圖1 總體設(shè)計(jì)框圖 處理器采用51系列單片機(jī)AT89C51。整個(gè)系統(tǒng)是在系統(tǒng)軟件控制下工作 的。當(dāng)測(cè)量一個(gè)電阻時(shí)，經(jīng)過(guò)電壓采集，電壓轉(zhuǎn)換為電阻，電阻顯示

23、三個(gè)部分 可以在LCD上顯示該被測(cè)電阻的阻值。當(dāng)被測(cè)電阻為100范圍以內(nèi)時(shí)，通過(guò) 開(kāi)關(guān)選擇測(cè)量量程，再次測(cè)量該電阻，以減小誤差。2.2 具體電路模塊設(shè)計(jì) 2.2.1 電壓測(cè)量的設(shè)計(jì) 如圖2所示為被測(cè)電阻電壓測(cè)量。電壓經(jīng)過(guò)已知電阻R1和被測(cè)電阻Rx接到地。通過(guò)OUT輸出被測(cè)電阻Rx上的電壓。送到ADC0809的IN0口。圖2 被測(cè)電阻電壓測(cè)量圖 2.2.2 模數(shù)ADC轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì) 由電壓測(cè)量得到的電壓經(jīng)過(guò)ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換可得到8位的電壓值，經(jīng)過(guò) 歐姆定律（即電壓之比等于電阻之比）可得到被測(cè)電阻的阻值的大小。公式 如下： 本設(shè)計(jì)用到的R1的阻值為300。 由被測(cè)電阻得到的電壓值經(jīng)ADC0809的26腳

24、IN0輸入，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換，在OUT17輸出數(shù)字電壓量，經(jīng)過(guò)上述公式的轉(zhuǎn)變，在P2口上的顯示的數(shù)字量為被測(cè)電阻的阻值數(shù)字量。如圖3所示為被測(cè)電阻電壓量轉(zhuǎn)換為阻值量。圖3 被測(cè)電阻電壓量轉(zhuǎn)換為阻值量圖 2.2.3 液晶顯示電路的設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的電阻值數(shù)字量，在MCU的P2口輸入， MCU系統(tǒng)處理后在P0口由LCD1602顯示出來(lái)該被測(cè)電阻的阻值。如圖4 所示為被測(cè)電阻阻值顯示。圖4 被測(cè)電阻阻值顯示圖 2.2.4 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，X

25、TAL2應(yīng)不接。 因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)器周期含有6個(gè)狀態(tài)周期，而每個(gè)狀態(tài)周期為2個(gè)振蕩周期，所以一個(gè)機(jī)器周期共有12個(gè)振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為12MHZ，一個(gè)振蕩周期為1/12us，故而一個(gè)機(jī)器周期為1us。如圖5所示為時(shí)鐘電路。圖5 時(shí)鐘電路圖 2.2.5 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)就可以完成復(fù)位操作6。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖6所示為復(fù)位電路。圖6 復(fù)位電路圖2.3 系統(tǒng)硬件電路的選擇及說(shuō)明

26、硬件電路的設(shè)計(jì)見(jiàn)附圖示，從以上的分析可知本設(shè)計(jì)中要用到如下器 件：STC89C52RC、ADC0809轉(zhuǎn)換器、LCD1602、按鍵等一些單片機(jī)外圍應(yīng)用電路，以及單片機(jī)的手工復(fù)位，單片機(jī)電源電路等。其中R3，R6電阻為已知電阻，R4，R5為不同測(cè)量精度下的未知電阻，開(kāi)始工作時(shí)可在LCD上觀察到被測(cè)電阻的阻值。電路設(shè)有2個(gè)按鍵，S1鍵作為阻值測(cè)量精度的選擇鍵，S2鍵作為電路復(fù)位鍵。2.4 軟件的程序?qū)崿F(xiàn) 2.4.1主程序工作流程圖按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序流程圖如下圖7所示。開(kāi)始系統(tǒng)初始化選擇測(cè)量精度開(kāi)關(guān)S1，重測(cè)此電阻（重新）放置電阻初次顯示<300無(wú)正常顯示 正常顯示最終

27、顯示結(jié)束圖7 主程序工作流程圖3軟件仿真本設(shè)計(jì)通過(guò)利用Proteus仿真，將所編寫(xiě)的程序用Keil軟件編譯，所仿真原理圖見(jiàn)附錄二。本設(shè)計(jì)所要求達(dá)到的目標(biāo)是測(cè)量一個(gè)電阻，在誤差允許范圍內(nèi)，通過(guò)LCD1602顯示出該電阻的阻值。測(cè)量的部分電阻的阻值如下表1所示。 表1 仿真測(cè)量電阻阻值實(shí)際電阻（）仿真測(cè)量（300）硬件測(cè)量（300）1.2201.5202.1222.6223.5224.3445.4446776.37499710991414122019192321214748484948485151519089891009898120121121220218222240240245300300300

28、3303273384704694775105085165505505671K99310274總結(jié)與體會(huì) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與程序燒錄有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，在設(shè)計(jì)硬件電路過(guò)程中，我通過(guò)對(duì) 本設(shè)計(jì)研究了一種基于單片機(jī)技術(shù)的電阻測(cè)量。由電路知識(shí)可以容易測(cè) 出一個(gè)電阻上的電壓，通過(guò)歐姆定律又能得到該電阻的阻值。由于測(cè)量的電壓是模擬量，故用ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再由單片機(jī)系統(tǒng)處理即可完成電阻的阻值測(cè)量。 由于數(shù)字量在數(shù)值上是離散的，通過(guò)此種方法得到的阻值存在著誤差，為了盡可能的減小此誤差，在選擇已知電阻上，試用了很多電阻。通過(guò)大量數(shù)據(jù)與實(shí)際電阻的阻值相比較，以及實(shí)驗(yàn)室能提供的電阻

29、，選用了300的已知電阻，選擇合適的已知電阻阻值可以盡可能的減小誤差。表1中給出了部分電阻的硬件電路測(cè)量結(jié)果，從中可以得知，對(duì)于不同的電阻阻值測(cè)量精度不同。本設(shè)計(jì)只采用了并聯(lián)一個(gè)已知電阻，通過(guò)被測(cè)電阻的分壓達(dá)到測(cè)量的目的，測(cè)量范圍從12K，精度大于98%。由于硬件電路的連接，元器件不理想等原因，實(shí)際測(cè)量電阻的阻值與仿真得到的阻值還是有一定誤差的。 回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，可以說(shuō)，這次課程設(shè)計(jì)比較不容易，因?yàn)楹芏鄡?nèi)容還未進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)使自己有機(jī)會(huì)使用到原來(lái)所學(xué)知識(shí)，并且可以

30、有更深的認(rèn)識(shí)，可以時(shí)候收獲不小。首先，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中我查閱了很多資料，通過(guò)查閱各種資料，加深了我對(duì)更多理論知識(shí)的理解，同時(shí)也增強(qiáng)了我對(duì)資料的檢索能力。其次，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)增加了我對(duì)很多元器件、模擬電路和數(shù)字電路的理解。 雖然硬件電路能正常工作，但程序以及元器件的選擇不足，使得這次設(shè)計(jì)并沒(méi)有達(dá)到很好的測(cè)量效果，對(duì)微歐姆級(jí)和K歐姆級(jí)電阻無(wú)法測(cè)量，還是感到不理想。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，尤其硬件電路的焊接，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有了更好的認(rèn)識(shí)。在以后的學(xué)習(xí)中，會(huì)更加注重設(shè)計(jì)原理與硬件電路的相結(jié)合，做好每一個(gè)設(shè) 計(jì)，達(dá)到理想的要求。盡管最終獲得的知識(shí)很多，但更多的還是精神上的收 獲。它讓我明白了學(xué)無(wú)止境、活到老學(xué)到

31、老的真理。在人生路上，迎接我們 去挑戰(zhàn)的艱難還有很多很多，等待我們?nèi)フ鞣拇煺圻€有很多很多，我們需 要在奮斗這條路上勇敢的走下去！5 參考文獻(xiàn) 1 張?chǎng)? 單片微機(jī)原理與應(yīng)用.M 北京.電子工業(yè)出版.2008 2 樓然苗.李光飛. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). M 北京.航空航天大學(xué)出版社. 2007 3 長(zhǎng)洪潤(rùn).劉秀英. 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例（上、下）. M 北京.航空航天大學(xué)出版社.2006 4 張毅剛. 新編MCS51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)（第3版）. M 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2008 5 馬靜.單片機(jī)原理與應(yīng)用. M 實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書(shū)中國(guó)計(jì)量出版社. 2003附錄一 設(shè)計(jì)編程程序/*頭文件及宏定義*

32、#include<reg51.h>sbit START=P34; /ATART，ALE接口。0->1->0:啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。sbit EOC=P33; /轉(zhuǎn)換完畢由0變1. sbit LCDRS=P35;sbit LCDRW=P36;sbit LCDE=P37;sbit CLK=P11; /定義時(shí)鐘接口unsigned char clk_0=0; /定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)bit transform=0; /轉(zhuǎn)換標(biāo)志位unsigned int AD_Transform()float Rt;START=1; /啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換。START=0;while(EOC=0); /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束。

33、Rt=P2; /輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果。Rt=Rt*300/(255-Rt); /已知電阻為300歐姆，計(jì)算未知電阻，測(cè)量阻值0-1999歐姆return Rt;/*延時(shí)函數(shù)*void vDelay_1ms(unsigned int x)unsigned int i,j;for(j=0;j<x;j+) for(i=0;i<110;i+);/*寫(xiě)入指令*void vWriteCMD(unsigned char cmd) LCDRS=0;LCDRW=0;LCDE=0;P0=cmd;vDelay_1ms(5);LCDE=1;vDelay_1ms(5);LCDE=0; /最后執(zhí)行命令/*寫(xiě)入數(shù)據(jù)*v

34、oid vWriteData(unsigned char dat) LCDRS=1;LCDRW=0;LCDE=0;P0=dat;vDelay_1ms(5);LCDE=1;vDelay_1ms(5);LCDE=0; /最后顯示數(shù)據(jù)。/*顯示一串字符*void vShowOneChar(unsigned char ucChar)switch(ucChar)case ' ': vWriteData(0x20);break;case ':': vWriteData(0x3A);break; case '(': vWriteData(0x28);break

35、;case ')': vWriteData(0x29);break;case '0': vWriteData(0x30);break;case '1': vWriteData(0x31);break;case '2': vWriteData(0x32);break;case '3': vWriteData(0x33);break;case '4': vWriteData(0x34);break;case '5': vWriteData(0x35);break;case '6&

36、#39;: vWriteData(0x36);break;case '7': vWriteData(0x37);break;case '8': vWriteData(0x38);break;case '9': vWriteData(0x39);break;case 'R': vWriteData(0x52);break;case 'a': vWriteData(0x61);break;case 'c': vWriteData(0x63);break;case 'e': vWriteData(0x65);break;case 'i': vWriteData(0x69);break; case 'n': vWrit