简易自动电阻测试仪的设计说明

毕业设计说明书课题名称：简易自动电阻测试仪的设计
目录
摘要 (2)
1 系统电路原理及元件选择 (3)
1.1 单片机模块的论证与选择 (4)
1.2 A/D转换模块的论证与选择 (4)
1.3 显示模块的论证与选择 (4)
2 系统理论分析与计算 (5)
2.1 电阻测量原理 (5)
2.2 自动量程转换 (5)
2.3 电阻筛选功能 (5)
2.4 电位器阻值变化曲线装置 (6)
3 硬件设计 (7)
3.1 AD转换模块 (7)
3.2辅助装置模块 (7)
3.3键盘与显示模块 (7)
4 软件设计 (7)
4.1 自动档位处理模块 (7)
4.2 A/D转换模块 (8)
4.3 电阻筛选模块 (8)
5 系统功能检测 (8)
5.1 测试方案、测试条件及测试仪器 (8)
5.2 测试结果完整性 (8)
5.3 测试结果分析 (9)
6 设计总结 (9)
7参考文献 (10)
致谢 (11)
附录1：电路图图纸 (12)
附录2：PCB图纸 (13)
附录3（a）：自动档位处理流程图 (14)
附录3（b）：电机驱动流程图 (15)
附录3（c）：筛选模块流程图 (16)
摘要
本系统设计的是简易自动电阻测试仪，主要由单片机模块、A/D转换模块、自动换挡模块、电阻测量模块、辅助装置模块、键盘及显示模块组成。

本系统以
STC12C5A60S2单片机为主控制器，AD574芯片为A/D转换芯片，LCD12864液晶模块为显示模块，可实现电阻自动测量显示以及测量量程100Ω、1KΩ、10KΩ、10M Ω四档自动切换功能，测量准确度为±（1%读数＋2字），测试速率大于5次/秒。

同时，本系统可实现显示旋转电位器随旋转角度阻值变化曲线的辅助装置，其全程测量不超过10秒，测量点不少于15个点。

整个控制系统硬件设计简单实用，性价比较高，功能全面，响应较快，经过测试本系统完全符合项目设计要求。

关键词：电阻测试；STC12C5A60S2；AD574；LCD12864液晶
1 系统电路原理及元件选择
本系统主要由单片机模块、A/D转换模块、自动换挡模块、电阻测量模块、辅助装置模块、键盘及显示模块组成。

首先将待测电阻插入电路，测得其两端电压，与参考电阻串连分压之后经AD转换之后送回单片机，再由LCD进行显示。

在待测电阻插入时，用户手动输入设定阻值与误差，与测试值进行比较，若在范围内，则测试成功。

辅助装置模块中，单片机首先驱动电机转动，导致旋转电位器联动后，将现在电位器的阻值送至AD转换，经过单片机，最后送至LCD显示不同角度时的阻值变化，从而连成线性曲线图。

具体流程框图如图1所示。

下面分别论证这几个模块的选择。

图1 系统总体框图
1.1 单片机模块的论证与选择
方案一：用AT89C52作为处理器，运算速度慢，性能差，抗干扰能力弱。

方案二：用STC12C5A60S2作为处理器，运算速度快，性能强大，且抗干扰能力也比STC89C52强。

基于上述考虑，选择方案二。

1.2 A/D转换模块的论证与选择
方案一：选取ADC0809芯片，8位数据输出，不满足现在至少10位数据输出的要求。

方案二：选取AD574芯片，12/8位数据输出，满足现在至少10位数据输出的条件，且转换速度较快，性价比高。

基于上述考虑，选择方案二。

1.3 显示模块的论证与选择
方案一：用LED数码管进行显示。

数码管由于显示速度块，使用简单，显示效果简洁明了而得到广泛的应用。

但是由于本课题要同时显示两个方向的倾角角度，显示的信息量较小。

方案二：用LCD液晶进行显示。

LCD有明显的优点：微功耗、显示信息量大、字迹清晰、美观、视觉舒适；可以用中文LCD液晶进行菜单显示，使整个控制系统更加人性化。

基于上述考虑，选择方案二。

2 系统理论分析与计算
2.1 电阻测量原理
本系统采用5V基准电压，利用OP37进行分压，之后测量被测电阻上端的电压，将电压传送给AD574，进行模数转换。

因为系统设计电阻测量量程100Ω、1KΩ、10K Ω、10MΩ四档，因此分别选用4.5MΩ、900KΩ、90KΩ、9KΩ、900Ω和100Ω的精密电阻组成10MΩ电阻与被测电阻串联，进行分压式测量电阻。

设被测电阻阻值为Rx，电路进行自动换挡后所得到的总电阻阻值为R，Rx的电压为Vx，则，Vx= Rx/(R·Rx)·5V
Vx将会传入AD574进行模数转换，A/D转换后的数据输入单片机进一步进行处理，然后将阻值显示在液晶上。

2.2 自动量程转换
若无被测电阻加载，则各个档位的分压分别为10MΩ档位直接对应5V基准电压，10KΩ档位为
5V×（4.5MΩ+4.5MΩ+900KΩ+90KΩ)/10MΩ=4.995V
1KΩ档位为5V×（4.5MΩ+4.5MΩ+900KΩ+90KΩ+9KΩ)/10MΩ=4.9995V，100Ω档位为5V×（4.5MΩ+4.5MΩ+900KΩ+90KΩ+9KΩ+900Ω)/10MΩ=4.99995V。

系统上电将会直接接通10MΩ档位，当加上被测电阻Rx时，系统将在被测电阻Rx上所得到的电压传送给AD574进行模数转换，然后将转换后的数据给单片机，单片机进行比较，通过控制5个IO口来控制档位的切换。

2.3 电阻筛选功能
用户通过按键输入被测电阻的设定值A与误差±B%，其中被测电阻阻值为Rx，
若A·(1+B%)>Rx>A·(1-B%)，则被测电阻满足设定要求。

此时给出满足筛选要求的提示。

2.4 电位器阻值变化曲线装置
测量电位器时，本系统利用CW5045电机驱动器来驱动步进电机的旋转，从而带动4.7KΩ电位器转动来改变其电阻值，电位器上面串联一个4.11KΩ的精密电阻和一个1KΩ的电位器，利用这两个电阻组成阻值为4.7KΩ的总电阻，将分压后的电压经电压跟随器后送给AD574进行A/D转换，然后将A/D转换的结果输给单片机进行数据的处理，即得到电位器测量阻值。

经过测量，4.7KΩ电位器阻值从0Ω变化到4.7KΩ，旋转角度则从0°变化到300°，而电机驱动器发出1个控制脉冲时，步进电机旋转1.8°，所以单片机发出的步进电机控制脉冲累计个数是0～167个，电机正转时，则累计个数增加，反转时累计个数减少，为了提高精度，我们将驱动脉冲进行了16分频，这样脉冲累计个数/16×1.8即是电位器旋转角度。

利用单片机及液晶显示模块，可显示相应的变化曲线。

具体流程框图如图2所示。

图2 电位器阻值变化曲线装置
3 硬件设计
3.1 AD转换模块
将被测电阻接入电路后，利用LM317产生一个+5V的电压作为测试电路的基准电压，将分压后的基准电压利用OP37组成一个电压跟随器。

之后利用AD574进行数据转换，然后送回单片机，再送至LCD液晶显示。

具体电路图详见附录2。

3.2辅助装置模块
辅助装置模块中，单片机首先驱动电机转动，导致旋转电位器联动后，将现在电位器的阻值送至AD转换，经过单片机，最后送至LCD显示不同角度时的阻值变化，从而连成线性曲线图。

3.3键盘与显示模块
单片机通过4×4的矩阵键盘，可实现LCD显示模块显示切换功能、被测电阻的设定值及误差值的输入、电阻单位转换误差判定及线性曲线界面和测试界面之间的切换等功能。

具体电路图详见附录2。

4 软件设计
4.1 自动档位处理模块
将AD转换后的数值送给单片机，此值记为temp；因上电后10M处继电器处于吸合状态，故temp值从10M档位开始判断。

若temp的值小于10M档位的补偿值，且相对于的继电器吸合，则将此档位上显示电阻数值，若采样到的电阻值不符合该档位值，则跳转到下一档位，继续判断。

（跳转档位先后顺序为从大到小跳转）具体流程图详见附录3（a）。

4.2 A/D转换模块
在测得待测电阻的阻值后，将其传送至A/D574,采样频率大于5次/秒。

A/D每次采样8次，并对采样值进行存储，取8次采样值的平均值，以便让A/D转换值更为精确。

4.3 电阻筛选模块
电路上电后，用户通过矩阵键盘设定需测试的电阻阻值与误差范围，并在液晶屏第一行显示当前电阻值，第二行显示设定误差，第三行显示设定阻值，第四行显示当前测试电阻是否在误差范围内，并对于不同结果输出不同回答。

具体流程图详见附录3（c）。

5 系统功能检测
5.1 测试方案、测试条件及测试仪器
测试方案：选取多个不同组织的电阻，且需分布在0—10MΩ之间，分别连接在测试仪的接口上，开机观察测试值，与理论值和误差范围内的值进行比较，若在范围内，则符合要求，反之则不符合要求。

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：（1）HG6333 直流稳压电源
（2）SP1641B型函数信号发生器
（3）Tektronix TDS1001B数字储存示波器
（4）数字万用表
5.2 测试结果完整性
本系统共设4档电阻测试。

测试结果如表1所示。

表1 各档位测试电阻阻值与误差表
5.3 测试结果分析
1.测量量程为100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四档。

测量准确度±1%。

2.3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位，测量速率
大于5次/秒。

3.100Ω、1KΩ、10KΩ三档量程具有自动量程转换功能。

4.具有自动电阻筛选功能。

5.能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线。

6 设计总结
确定课题后首先寻找有关的资料并且研究设计方案，进行设计的总体规划，理清课程设计思路，但是将这些具体的方案落实到每一个设计环节和步骤中，难免会出现一些错误，这就需要在进行设计的过程中利用所掌握的知识认真排查错误原因，多方面的思考问题，不断地改正自己的设计不足之处和错误。

对于控制系统，对硬件电路的工作原理和编程知识的掌握是进行下一步的软件设计的关键。

在软件设计阶段中，对系统的需求分析和如何采用模块化设计思想是设计方案主要解决的问题。

最终通过不断地设计尝试和反复地设计调试完成了课题的所有设计要
求。

虽然很多错误被克服了，但是系统中难免还有很多不足之处，希望各位评委老师和同学给予指正与建议。

我相信，只要肯钻研，只要挤时间，一切自己想要的知识都可以掌握。

7参考文献
（1）陈梓城，模拟电子技术基础，高等教育出版社.2003.12
（2）【日】远坂俊昭，测量电子电路设计，科学出版社.2004
（3）张迎辉贡雪梅，单片机实训教程，北京大学出版社.
(4) 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京航空航天大学出版社.2006.12.
致谢
感谢我的指导老师徐振，以严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

从课题的选择到项目的最终完成，这片论文的每个实验细节和每个数据，都离不开你的细心指导。

而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快的融入我们这个新的实验室。

两年多来，徐老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

附录1：电路图图纸
附录2：PCB图纸
附录3（a）：自动档位处理流程图
附录3（b）：电机驱动流程图
附录3（c）：筛选模块流程图。