關(guān)于數(shù)值電阻阻值測(cè)量電路設(shè)計(jì)的實(shí)習(xí)(實(shí)訓(xùn))報(bào)告下載

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隨著電子工業(yè)的發(fā)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(lái)，在應(yīng)用中我們常常要測(cè)定電阻的大小。因此，設(shè)計(jì)可靠，安全，便捷的電阻阻值測(cè)量電路具有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。

該電路設(shè)計(jì)是以單片STC89C52為核心，通過(guò)恒流源模塊，555多諧振蕩電路，LCD顯示模塊實(shí)現(xiàn)了電阻在大范圍內(nèi)測(cè)量，并且能在測(cè)量量程為 10Ω、1kΩ、10kΩ、1MΩ四檔中自由切換。

通常情況下，電路參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量是把被測(cè)參數(shù)傳換成直流電壓或頻率后進(jìn)行測(cè)量。

電阻測(cè)量依據(jù)產(chǎn)生恒流源的方法分為電位降法、比例運(yùn)算器法和積分運(yùn)算器法。比例運(yùn)算器法測(cè)量誤差稍大，積分運(yùn)算器法適用于高電阻的測(cè)量。

本次設(shè)計(jì)是在參考555振蕩器基礎(chǔ)上擬定的一套自己的設(shè)計(jì)方案。是嘗試用555振蕩器將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這里我們將測(cè)量電路產(chǎn)生的頻率送入AT89S52的計(jì)數(shù)端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率再通過(guò)該頻率計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。

設(shè)計(jì)要求：電阻測(cè)量范圍10Ω到1MΩ，精度5%，4位顯示。

本設(shè)計(jì)是以555為核心的振蕩電路，將被測(cè)參數(shù)模擬轉(zhuǎn)化為頻率，并利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算頻率，所以，本次設(shè)計(jì)需要做好以下工作：

(1)學(xué)習(xí)單片機(jī)原理等資料。

(2)設(shè)計(jì)測(cè)量電阻的振蕩電路。

(3)設(shè)計(jì)LCD電路。

(4)設(shè)計(jì)測(cè)量頻率程序，設(shè)置程序。

(5)安裝和調(diào)試，并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，記錄測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。

利用555多諧振蕩電路將電阻參數(shù)轉(zhuǎn)化為頻率，這樣就能夠把模擬量近似的轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而頻率f是單片機(jī)很容易處理的數(shù)字量，一方面測(cè)量精度高，另一方面便于使儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而且單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性。系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置靈活。容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。單片機(jī)具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)計(jì)時(shí)間短，成本低，可靠性高。所以，本次設(shè)計(jì)選定以單片機(jī)為核心來(lái)進(jìn)行。

統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2-1如下所示

框圖各部分說(shuō)明如下：

1)控制部分：本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，采用89C52單片機(jī)，利用其管腳的特殊功能以及所具備的中斷系統(tǒng)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和LCD顯示功能等。在本設(shè)計(jì)中，采用LCD1602液晶顯示。

2)測(cè)量電路：RC震蕩電路是利用555振蕩電路實(shí)現(xiàn)被測(cè)電阻頻率化。

在本設(shè)計(jì)中，考慮到單片機(jī)構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)有較大的可靠性，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，且應(yīng)用系統(tǒng)有較高的軟、硬件利用系數(shù)。還具有可編程性，硬件的功能描述可完全在軟件上實(shí)現(xiàn)。另外，本設(shè)計(jì)還需要利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行接口等等，所以，選擇以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)具有極大的必要性。在硬件設(shè)計(jì)中，選用STC89C52單片機(jī)，其LED燈、LCD液晶屏等，通過(guò)軟件進(jìn)行控制。

本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的設(shè)計(jì)電路如下圖3-1所示：

本電路使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩器，12MHz的晶體諧振器直接接在單片機(jī)的時(shí)鐘端口X1和X2，電路中C2、C3為振蕩器的匹配電容。該電路簡(jiǎn)單，工作可靠 。另外本系統(tǒng)的容阻上電復(fù)位，就是利用RC電路的充電過(guò)程來(lái)給單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)需要復(fù)位時(shí)，也可以按下復(fù)位按鍵，進(jìn)行復(fù)位。

定時(shí)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(gòu)成多諧、單穩(wěn)及施密特觸發(fā)器。電阻的測(cè)量采用“脈沖計(jì)數(shù)法”，由555電路構(gòu)成的多諧振蕩電路，通過(guò)計(jì)算振蕩輸出的頻率來(lái)計(jì)算被測(cè)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(cè)試電路見圖3-2所示。

P1.0  R測(cè)量程序的選擇

在本設(shè)計(jì)的模塊中，模塊是以單片機(jī)為核心，再通過(guò)按鍵控制測(cè)量的被測(cè)參數(shù)在數(shù)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(shè)計(jì)頻率的計(jì)算采用單片機(jī)外部中斷    ，對(duì)外觸發(fā)電路產(chǎn)生的脈沖頻率的測(cè)量，再通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的校正來(lái)完成。

單片機(jī)對(duì)頻率測(cè)量的原理如下圖4-3所示。

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說(shuō)明：圖4-3中t1時(shí)刻檢測(cè)到高電平開定時(shí)器1，開始計(jì)數(shù)；t2時(shí)刻等待檢測(cè)低電平；t3時(shí)刻第二次檢測(cè)到高電平時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)。

利用GATE=1,TR1=1,只有

引腳輸入高電平時(shí)，T1才允許計(jì)數(shù)，利用此，將外部輸入脈沖經(jīng)

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引腳上輸入，等待高電平的到來(lái)，當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)開定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，然后檢測(cè)低電平，當(dāng)檢測(cè)到低電平時(shí)已經(jīng)測(cè)得脈沖的脈寬，但我們測(cè)得是頻率，故在程序中藥繼續(xù)檢測(cè)等待下一個(gè)高電平的到來(lái)，此時(shí)關(guān)定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，用此計(jì)數(shù)值乘以機(jī)器的周期數(shù)(晶振頻率已知)，得出觸發(fā)電路產(chǎn)生的周期，然后再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理便得到輸入信號(hào)的頻率。

Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部份組合在一起。運(yùn)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(tǒng)。

(1)測(cè)試原理：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，以STC89C52單片機(jī)為核心的電阻測(cè)量電路，將電阻使用對(duì)應(yīng)的振蕩電路轉(zhuǎn)化為頻率實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)的測(cè)量。電阻是采用555多諧振蕩電路產(chǎn)生的，將振蕩頻率送入STC89C52的計(jì)數(shù)端，通過(guò)定時(shí)并且計(jì)數(shù)可以計(jì)算出被測(cè)頻率，再通過(guò)該頻率計(jì)算出被測(cè)參數(shù)。以Keil51為仿真平臺(tái)，使用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用軟件；包括主程序模塊、顯示模塊、電阻測(cè)試模塊。

(2)測(cè)試方法：在測(cè)試時(shí)將被測(cè)參數(shù)通過(guò)本系統(tǒng)測(cè)量出來(lái)的示值與參數(shù)的標(biāo)稱值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而可以知道本系統(tǒng)的測(cè)試精度。

(3)測(cè)試儀器：示波器，萬(wàn)用表，穩(wěn)壓電源，計(jì)算機(jī)。

(4)測(cè)試結(jié)果：通過(guò)按鍵，實(shí)現(xiàn)其按鍵所對(duì)應(yīng)的功能，并觀察測(cè)試結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步的進(jìn)行校正和對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的可靠性的確認(rèn)，并記錄觀察結(jié)果。

測(cè)試結(jié)果如下：

a)電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表5-1所示。

表5-1電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

(4)測(cè)試分析：在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)試環(huán)境，測(cè)試儀器，測(cè)試方法等都對(duì)測(cè)試值有一定的影響，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果或多或少地偏離被測(cè)量的真值。為了減小本設(shè)計(jì)中誤差的大小，主要利用修正的方法來(lái)減小本測(cè)試儀的測(cè)量誤差。所謂修正的方法就是在測(cè)量前或測(cè)量過(guò)程中，求取某類系統(tǒng)誤差的修正值。在測(cè)量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中選取合適的修正值很關(guān)鍵，修正值的獲得有三種途徑。第一種途徑是從相關(guān)資料中查��；第二種途徑是通過(guò)理論推導(dǎo)求��；第三種途徑是通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取。

本測(cè)試修正值選取主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)求取，對(duì)影響測(cè)量讀數(shù)的各種影響因素，如溫度、濕度、電源電壓等變化引起的系統(tǒng)誤差。通過(guò)對(duì)相同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量結(jié)果和不同被測(cè)參數(shù)的多次測(cè)量選取平均值，最后確定被測(cè)參數(shù)公式的常數(shù)K值，從而達(dá)到減小本設(shè)計(jì)系統(tǒng)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(chǎn)生的被測(cè)參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率有一定的誤差，所以只能通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量，選取合適的修正值來(lái)盡可能的減少本測(cè)試系統(tǒng)的誤差。

本設(shè)計(jì)的硬件電路圖簡(jiǎn)單,可降低生產(chǎn)成本。采用單片機(jī)可提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,縮小系統(tǒng)的體積,調(diào)試和維護(hù)方便，而且以STC89C5251單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心的設(shè)計(jì)能夠滿足了整個(gè)系統(tǒng)的工作需求，555振蕩器實(shí)現(xiàn)了被測(cè)電阻參數(shù)的頻率化，被測(cè)頻率通過(guò)模擬開關(guān)送入單片機(jī)計(jì)數(shù)，再經(jīng)過(guò)顯示電路顯示被測(cè)參數(shù)的測(cè)量值，軟件用C語(yǔ)言編程，根據(jù)具體情況控制啟動(dòng)被測(cè)參數(shù)的相應(yīng)程序,能靈活控制被測(cè)參數(shù)的檔位切換。經(jīng)過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)各個(gè)模塊都能正常共組，成功地達(dá)到了設(shè)計(jì)的硬件要求。

系統(tǒng)的軟件部分是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種工作狀態(tài)的關(guān)鍵。通過(guò)結(jié)合硬件電路，在Keil51的平臺(tái)上，使用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程編寫了系統(tǒng)應(yīng)用程序，使程序能夠正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。

這次實(shí)訓(xùn)一次非常好的將理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)對(duì)電阻測(cè)量的課題設(shè)計(jì)，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，增強(qiáng)了我解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平。

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