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關于數值電阻阻值測量電路設計的實習.docx (224.96 KB, 下載次數: 25)

2017-2-12 16:40 上傳

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隨著電子工業的發展，電子元器件急劇增加，電子元器件的適用范圍也逐漸廣泛起來，在應用中我們常常要測定電阻的大小。因此，設計可靠，安全，便捷的電阻阻值測量電路具有極大的現實必要性。

該電路設計是以單片STC89C52為核心，通過恒流源模塊，555多諧振蕩電路，LCD顯示模塊實現了電阻在大范圍內測量，并且能在測量量程為 10Ω、1kΩ、10kΩ、1MΩ四檔中自由切換。

通常情況下，電路參數的數字化測量是把被測參數傳換成直流電壓或頻率后進行測量。

電阻測量依據產生恒流源的方法分為電位降法、比例運算器法和積分運算器法。比例運算器法測量誤差稍大，積分運算器法適用于高電阻的測量。

本次設計是在參考555振蕩器基礎上擬定的一套自己的設計方案。是嘗試用555振蕩器將被測參數轉化為頻率，這里我們將測量電路產生的頻率送入AT89S52的計數端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率再通過該頻率計算出各個參數。

設計要求：電阻測量范圍10Ω到1MΩ，精度5%，4位顯示。

本設計是以555為核心的振蕩電路，將被測參數模擬轉化為頻率，并利用單片機實現計算頻率，所以，本次設計需要做好以下工作：

(1)學習單片機原理等資料。

(2)設計測量電阻的振蕩電路。

(3)設計LCD電路。

(4)設計測量頻率程序，設置程序。

(5)安裝和調試，并進行實際測試，記錄測試數據和結果。

利用555多諧振蕩電路將電阻參數轉化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉換為數字量，而頻率f是單片機很容易處理的數字量，一方面測量精度高，另一方面便于使儀表實現自動化，而且單片機構成的應用系統有較大的可靠性。系統擴展、系統配置靈活。容易構成各種規模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。單片機具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現，而且設計時間短，成本低，可靠性高。所以，本次設計選定以單片機為核心來進行。

統設計框圖如圖2-1如下所示

框圖各部分說明如下：

1)控制部分：本設計以單片機為核心，采用89C52單片機，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統，定時/計數器和LCD顯示功能等。在本設計中，采用LCD1602液晶顯示。

2)測量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實現被測電阻頻率化。

在本設計中，考慮到單片機構成的應用系統有較大的可靠性，容易構成各種規模的應用系統，且應用系統有較高的軟、硬件利用系數。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實現。另外，本設計還需要利用單片機的定時計數器、中斷系統、串行接口等等，所以，選擇以單片機為核心進行設計具有極大的必要性。在硬件設計中，選用STC89C52單片機，其LED燈、LCD液晶屏等，通過軟件進行控制。

本設計中單片機的設計電路如下圖3-1所示：

本電路使用單片機內部振蕩器，12MHz的晶體諧振器直接接在單片機的時鐘端口X1和X2，電路中C2、C3為振蕩器的匹配電容。該電路簡單，工作可靠 。另外本系統的容阻上電復位，就是利用RC電路的充電過程來給單片機復位。當需要復位時，也可以按下復位按鍵，進行復位。

定時器555是一種用途很廣的集成電路，只需外接少量R、C元件，就可以構成多諧、單穩及施密特觸發器。電阻的測量采用“脈沖計數法”，由555電路構成的多諧振蕩電路，通過計算振蕩輸出的頻率來計算被測電阻的大小。

555接成多諧振蕩器的形式，其振蕩周期為：

得出：

即：   

其中R16=1KΩ, R17=1KΩ,C11=0.1uF：

電阻測試電路見圖3-2所示。

P1.0  R測量程序的選擇

在本設計的模塊中，模塊是以單片機為核心，再通過按鍵控制測量的被測參數在數碼管顯示。

按鍵主流程圖如4-1所示。

圖4-1按鍵主程序流程圖

本設計頻率的計算采用單片機外部中斷    ，對外觸發電路產生的脈沖頻率的測量，再通過對測量數據的校正來完成。

單片機對頻率測量的原理如下圖4-3所示。

說明：圖4-3中t1時刻檢測到高電平開定時器1，開始計數；t2時刻等待檢測低電平；t3時刻第二次檢測到高電平時關定時器停止計數。

利用GATE=1,TR1=1,只有 引腳輸入高電平時，T1才允許計數，利用此，將外部輸入脈沖經 引腳上輸入，等待高電平的到來，當檢測到高電平時開定時器開始計數，然后檢測低電平，當檢測到低電平時已經測得脈沖的脈寬，但我們測得是頻率，故在程序中藥繼續檢測等待下一個高電平的到來，此時關定時器停止計數，用此計數值乘以機器的周期數(晶振頻率已知)，得出觸發電路產生的周期，然后再經過數據處理便得到輸入信號的頻率。

Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境(uVision)將這些部份組合在一起。運行Keil軟件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統。

(1)測試原理：在系統設計中，以STC89C52單片機為核心的電阻測量電路，將電阻使用對應的振蕩電路轉化為頻率實現各個參數的測量。電阻是采用555多諧振蕩電路產生的，將振蕩頻率送入STC89C52的計數端，通過定時并且計數可以計算出被測頻率，再通過該頻率計算出被測參數。以Keil51為仿真平臺，使用C語言與匯編語言混合編程編寫了系統應用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測試模塊。

(2)測試方法：在測試時將被測參數通過本系統測量出來的示值與參數的標稱值進行對比，進而可以知道本系統的測試精度。

(3)測試儀器：示波器，萬用表，穩壓電源，計算機。

(4)測試結果：通過按鍵，實現其按鍵所對應的功能，并觀察測試結果，對設計進一步的進行校正和對實現功能的可靠性的確認，并記錄觀察結果。

測試結果如下：

a)電阻測試數據如表5-1所示。

表5-1電阻測試數據

(4)測試分析：在實際測量中，由于測試環境，測試儀器，測試方法等都對測試值有一定的影響，都會導致測量結果或多或少地偏離被測量的真值。為了減小本設計中誤差的大小，主要利用修正的方法來減小本測試儀的測量誤差。所謂修正的方法就是在測量前或測量過程中，求取某類系統誤差的修正值。在測量的數據處理過程中選取合適的修正值很關鍵，修正值的獲得有三種途徑。第一種途徑是從相關資料中查取；第二種途徑是通過理論推導求取；第三種途徑是通過實驗求取。

本測試修正值選取主要通過實驗求取，對影響測量讀數的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統誤差。通過對相同被測參數的多次測量結果和不同被測參數的多次測量選取平均值，最后確定被測參數公式的常數K值，從而達到減小本設計系統誤差的目的。由于振蕩電路外圍器件由電容電阻分立元件搭接而成，所以由振蕩電路產生的被測參數對應的頻率有一定的誤差，所以只能通過多次實驗測量，選取合適的修正值來盡可能的減少本測試系統的誤差。

本設計的硬件電路圖簡單,可降低生產成本。采用單片機可提高系統的可靠性和穩定性,縮小系統的體積,調試和維護方便，而且以STC89C5251單片機最小系統為核心的設計能夠滿足了整個系統的工作需求，555振蕩器實現了被測電阻參數的頻率化，被測頻率通過模擬開關送入單片機計數，再經過顯示電路顯示被測參數的測量值，軟件用C語言編程，根據具體情況控制啟動被測參數的相應程序,能靈活控制被測參數的檔位切換。經過測試，系統各個模塊都能正常共組，成功地達到了設計的硬件要求。

系統的軟件部分是系統實現各種工作狀態的關鍵。通過結合硬件電路，在Keil51的平臺上，使用C語言與匯編語言混合編程編寫了系統應用程序，使程序能夠正常運行，實現了設計的要求。

這次實訓一次非常好的將理論與實際相結合的機會，通過對電阻測量的課題設計，鍛煉了我的實際動手能力，增強了我解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計規范以及電腦制圖等其他專業能力水平。

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