大學(xué)生電子設(shè)計競賽設(shè)計報告-簡易自動電阻測試儀

簡易自動電阻測試儀〔G題〕設(shè)計報告參賽學(xué)校：機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院朱化吉海濤駱翠玲簡易自動電阻測試儀摘要該簡易自動電阻測試儀可實現(xiàn)對電阻的自動測試功能，具有自動電阻篩選功能,并能自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線。根據(jù)選題要求，該測試儀以AT89C55為核心，結(jié)合鍵盤、顯示、程控放大器、A/D、步進電機控制器等外圍電路，較好地實現(xiàn)了要求的功能。測量量程為100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四檔。測量準確度為±〔1%讀數(shù)＋2字〕。3位數(shù)字顯示〔最大顯示數(shù)為999〕，能自動顯示小數(shù)點和單位,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。即在進展電阻篩選測量時，用戶通過鍵盤輸入要求的電阻值和篩選的誤差值；測量時，儀器能在顯示被測電阻阻值的同時，給出該電阻是否符合篩選要求的指示。設(shè)計并制作了一個能自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化曲線的輔助裝置，曲線各點的測量準確度為±〔5%讀數(shù)＋2字〕,全程測量時間不大于10秒,測量點不少于15點。關(guān)鍵詞：單片機，電阻測試儀，自動量程轉(zhuǎn)換，自動電阻篩選1方案的選擇與論證系統(tǒng)框圖如圖1所示：步進電機控制模塊鍵盤設(shè)置模塊顯示模塊電阻測量模塊步進電機控制模塊鍵盤設(shè)置模塊顯示模塊電阻測量模塊圖1對各模塊的實現(xiàn)，分別有以下一些不同的設(shè)計方案：1.1系統(tǒng)控制模塊方案一：FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成鍵盤設(shè)置、步進電機控制、顯示電路的驅(qū)動、與電阻測量模塊的接口等功能。這種方案的優(yōu)點在于系統(tǒng)構(gòu)造緊湊、速度快，而且可以使用的I/O口線很多；缺點是FPGA的設(shè)計與調(diào)試與單片機相比比擬繁瑣，調(diào)試的效率比擬低，不夠靈活。方案二：單片機方式。使用單片機也可以完成鍵盤設(shè)置、步進電機控制、顯示電路的驅(qū)動、與電阻測量模塊的接口功能。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可以用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和本錢低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，調(diào)試的效率也比擬高?；谝陨戏治?，擬選用方案二。本設(shè)計選擇AT89C55單片機。1.2電阻測量方案的選擇方案一：使用模擬開關(guān)對不同的標準電阻進展量程切換。由于模擬開關(guān)器件的阻影響，在測量阻值較大的電阻時，會產(chǎn)生較大的誤差。方案二：使用程控放大器進展量程切換。與第一種方案比擬，該方案測量誤差較小，具有明顯的優(yōu)點。因此，我們選擇了第二種方案。1.3顯示模塊的選擇方案一：使用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老化、防曬、防潮、防火、防高〔低〕溫，對外界環(huán)境要求低、易于維護、準確可靠、程序編寫容易、操作簡單等特點。但在本設(shè)計中所需顯示的狀態(tài)較多，信息量比擬大，并且需要顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線，數(shù)碼管不能完成該曲線顯示功能。方案二：使用液晶屏顯示。液晶顯示屏〔LCD〕具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強的特點。在本設(shè)計中所需顯示的狀態(tài)較多，信息量比擬大，并且需要顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線，該曲線顯示功能由液晶顯示屏非常適合。本設(shè)計選用方案二，使用液晶顯示屏進展顯示。2系統(tǒng)的具體設(shè)計與實現(xiàn)2.1總體設(shè)計思想根據(jù)題目的要求，我們經(jīng)過仔細分析，充分考慮各種因素，制定出了整體的設(shè)計方案：以單片機AT89C55為核心，完成以下幾個方面的功能：鍵盤設(shè)置、步進電機控制、顯示電路的驅(qū)動、與電阻測量模塊的接口。設(shè)計充分運用了AT89C55的各個接口，減少了模塊調(diào)用，也使系統(tǒng)更為可靠。系統(tǒng)組成及原理框圖如圖2所示。功能與狀態(tài)顯示液晶顯示模塊菜單項選擇擇功能設(shè)定鍵盤設(shè)置模塊步進電機控制模塊單片機AT89C55功能與狀態(tài)顯示液晶顯示模塊菜單項選擇擇功能設(shè)定鍵盤設(shè)置模塊步進電機控制模塊單片機AT89C55A/D轉(zhuǎn)換程控放大器測試電源輸出標準電阻A/D轉(zhuǎn)換程控放大器測試電源輸出標準電阻待測電阻待測電阻電壓跟隨器電壓跟隨器圖22.2理論分析與計算2.2.1電阻測量原理將測試直流電壓加在標準電阻和待測電阻上，所得電壓經(jīng)過電壓跟隨器緩沖隔離，送到程控放大器放大。程控放大器放大得到的結(jié)果經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，送到單片機AT89C55中，單片機根據(jù)所得到的A/D轉(zhuǎn)換電壓值，計算出所測量的電阻值。2.2.2自動量程轉(zhuǎn)換與自動電阻篩選功能單片機通過控制程控放大器的放大倍數(shù)，完成自動量程轉(zhuǎn)換。當(dāng)被測電阻較小時，A/D轉(zhuǎn)換器前端所得到的信號也比擬小，單片機就增加程控放大器的放大倍數(shù)，從而完成對較小被測電阻的測量，實現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換。通過鍵盤輸入要求的電阻值和篩選的誤差值。與單片機測量所得的電阻值進展比擬，如果所測量值在誤差圍，則在液晶顯示綠色圈，表示合格。如果所測量值在誤差圍外并偏大，則在液晶顯示紅色圈。如果所測量值在誤差圍外并偏小，則在液晶顯示黑色圈。2.2.3電位器阻值變化曲線繪制原理單片機通過電機控制電位器的調(diào)節(jié)端轉(zhuǎn)動，同時電位器的阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化。單片機每隔一定間隔測量電位器的阻值。將得到的阻值按比例換算成液晶顯示屏縱軸的像素坐標。將測量時刻換算成液晶顯示屏橫軸的像素坐標。將在液晶顯示屏得到的點相連，就得到電位器阻值變化曲線。同時在液晶顯示屏顯示每點所對應(yīng)的電阻測量值。2.3單元模塊設(shè)計2.3.1單片機控制模塊圖3使用AT89C55單片機，充分利用其端口，如圖3所示，各引腳的功能如下：P1.0：電機驅(qū)動脈沖；P1.1：電機方向信號；P1.2，P1.3:程控放大器控制信號P3.3,P3.4,P3.5:與AD7818的串行接口和轉(zhuǎn)換使能控制信號。2.3.2電阻測量模塊圖4電阻測量模塊電路如圖4所示，被測電阻接到J3,R8,R9為標準電阻。當(dāng)測量量程為100Ω、1kΩ、10kΩ量程時，開關(guān)S8閉合，R9=10KΩ為標準電阻。當(dāng)測量量程為10MΩ量程時，開關(guān)S7閉合，R8=1MΩ為標準電阻。電壓跟隨器由運放LM358構(gòu)成，程控增益放大器采用PGA202，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS7818。AD7818通過串行接口將數(shù)據(jù)傳送到單片機。鍵盤設(shè)置模塊電路圖5為鍵盤設(shè)置模塊電路原理圖。圖5鍵盤采用獨立式鍵盤，首先向鎖存器寫入全0，當(dāng)有鍵按下時，引發(fā)單片機中斷0。單片機將鎖存器每位的輸出分別置1，判斷是哪個鍵按下，根據(jù)按下的鍵進展相應(yīng)的操作。2.2.3液晶顯示電路與步進電機控制電路液晶顯示電路與步進電機控制電路如圖6圖6液晶模塊接口為RS-232接口。單片機串口通過MA*232與液晶屏連接。單片機通過P10控制步進電機方向，P11提供電機驅(qū)動脈沖。3軟件流程主程序流程圖見圖7圖74系統(tǒng)測試4.1測試方法將所測值與標準電阻值相比擬，即可得到測量準確度。自動量程轉(zhuǎn)換、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可以在儀器測量時測試完成。4.2測試結(jié)果與分析4.2.1測量量程為100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四檔。測量準確度測試結(jié)果為：標準阻值測量值測量準確度33501K4.7K10K4.2.23位數(shù)字顯示〔最大顯示數(shù)必須為999〕，能自動顯示小數(shù)點和單位,測量速率大于5次/秒。經(jīng)測試該功能滿足要求。4.2.3100Ω、1kΩ、10kΩ三檔量程具有自動量程轉(zhuǎn)換功能。經(jīng)測試該功能滿足要求。4.2.4具有自動電阻篩選功能。經(jīng)測試該功能滿足要求。通過鍵盤輸入要求的電阻值和篩選的誤差值。與所測量電阻值進展比擬，如果所測量值在誤差圍，則在液晶顯示綠色，表示合格。如果所測量值在誤差圍外并偏大，則在液晶顯示紅色。如果所測量值在誤差圍外并偏小，則在液晶顯示黑色。4.2.5能自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉(zhuǎn)角度變化的曲線。曲線各點的測量準確度為±〔5%讀數(shù)＋2字〕,全程測量時間不大于10秒,測量點不少于15點。測量準確度測試結(jié)果為：標準阻值測量值測量準確度50經(jīng)測試該功能滿足要求?？娠@示電位器阻值變化曲線。同時在液晶顯示屏顯示每點所對應(yīng)的電阻測量值。5完畢語經(jīng)過為期四天的設(shè)計，感觸頗深的是解決問題的方法、技巧。在這四天中，我們遇到許許多多問題，對待問題要多方法處理，多角度處理。通過這幾天的設(shè)計競賽，我們不但增強了實踐能力和協(xié)作精神，而且懂得了聯(lián)系實際的重要性，這對我們以后的學(xué)習(xí)和工作不無裨益。當(dāng)然，我們的設(shè)計還有一些缺乏之處，有