简易自动电阻测试仪设计报告

摘要
近年来，电子工业发展很快，电子元器件更是发展迅速，应用最为广泛，在实际电子设计中我们往往要测量出电子元器件的大小。

如；电阻的阻值，因此，设计一个不仅安全性和可靠性高，而且简易实用的电阻测量仪具有很大的现实意义。

目前单片机渗透于我们生活的各个邻域，它具有结构简单、可靠性高、体积小、等优点，采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能强大，例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。

在系统硬件设计中，利用STC公司(宏晶科技)生产的STC12C5A60S2系列做为核心控制芯片设计一款简易电阻测量仪，设计主要采用按键控制功能之间的切换，并实现各量程的自动转换从而实现各个参数的测量。

在系统软件设计中，利用keil c51软件开发系统的软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，编译后生成的汇编代码。

关键字：STC12C5A60S2、MzLH01-12864、单片机
Abstract
In recent years, the electronics industry is developing very quickly, electronic components is developed rapidly, and most widely used in practical electronic design, we tend to measure the size of the electronic components. Such as; Resistance, therefore, resistance of the design a not only security and reliability of the high, and simple practical resistance measurement instrument has great practical significance.
At present SCM penetration in our life in all neighborhood, it is simple in structure, high reliability, small volume, etc, and USES the monolithic control makes instruments digital, intelligent, miniaturization, and powerful functions, such as the measurement precision equipment (the power meter, oscilloscope, all kinds of analyzer).
In the hardware design, the use of the company's digital multimeter MAXIM integrated chip MAX134 design a simple resistance measurement instrument, will use the resistance of the corresponding oscillating circuit transformation frequency so as to realize the various parameters measurement.
In the design of software system, using the keil software development system software c51 provide rich library function and powerful integrated development debug tool, compiled generated assembly code.
Key word: MAX134, MzLH01-12864 and single-chip microcomputer
目录
一前言................................................................... (4)
二总体方案设计 (5)
1方案比较………………………………………………….. .6
2 方案选择 (7)
三模块设计………………………. …………………………….. .10
1 电源模块 (10)
2显示模块................................................... .. (11)
3主程序模块 (12)
4电阻测试模块 (15)
四软件设计 (16)
1 软件设计流程 (13)
五测试参数 (15)
六设计总结 (16)
1设计收获及体会 (16)
七参考文献 (17)
八附 (18)
前言
近年来，电子工业发展很快，由于生产技术的提高和加工工艺的改进，电子元器件发展迅速，应用最为广泛，成为近代科学发展的重要标志，在实际电子设计中我们往往要测量出电子元器件的大小。

如；电阻的阻值，因此，设计一个不仅安全性和可靠性高，而且简易实用的电阻测量仪具有很大的现实意义
1. 设计目的和意义
一般情况下，电路参数的数字化测量是把被测量参数进行转化，电阻测量在恒定电路中有伏安法测电阻，桥式电路测电阻，半偏法测电阻，等效替代法测电阻，公式计算法测电阻，其中伏安法是根据部分电路欧姆定律，但以上方法如啊简单测量都不能达到要求
由于测量电阻方法多种多样，并且都具有一定的复杂性。

所以本次设计是万用表电路基础上拟定一套自己的设计方案。

是尝试用555振荡电路将被测参数转化成频率这里我们把RLC的测量电路产生的频率送入以STC12C5A60S2为核心单片机最小系统的计数端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过频率计算出电阻值。

2.电阻测量仪的发展历史及现状
中国电子测量技术经过40多年的发展历程，为中国的经济发展、科学文化、特
别是国防军事的发展做出了的巨大贡献。

随着世界高科技发展的潮流，中国电子测
量仪器也步入了高速发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量
技术在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠
定了良好的基础。

进入21世纪以来,科学技术的发展已难以用日新月异来描述。

新
工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件,同时也促使电子测量技术
和电公务员之家子测量仪器产生了新概念和新发展趋势。

本文拟从现代电子测量技
术发展的三个明显特点入手,进而介绍下一代自动测试系统的概念和基本技术,引入
合成仪器的概念，面向21世纪的我国电子测量技术的发展趋势和方向是：测量数据
采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；
测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。

GPS技术、RS技术、GIS技术、
数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导
作随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子
测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器
结构不断出现，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，设备的功能，性价比，
实用性等受到人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。

在许多方面已
经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。

就目前国内外的高精度数字式仪表，硬件电路设计往往比较复杂，仪器的体积比较大，不仅不便于携带，而且销售价格比较昂贵。

例如，传统的半偏法，电桥平衡法等方法在测试过程中不够智能化而且体积笨重，价格昂贵，需要外围环境优越和稳定的参数，测试操作过程中需要调试很多的环境参数，对一般使用的人来说非常不方便，在21世纪，我国基于数字显示的仪表虽然已经很成熟了，但是价格和易于操作性，便捷性特别是智能方面有待发展，价格便宜和操作方法简单易懂、智能化的仪表开发和应用存在巨大的发展空间，本系统正是迎合当今社会的发展需求，制作出一种价格便宜和操作简单、具有自动转换量程功能、体积相比小、简易自动电阻测试仪，充分利用数字电路和部分模拟电路，基于单片机的控制特点，发挥集成模块的作用。

本系统使用串行LCD显示电路和发光二极管测量类型以及测量单位的显示电路，利用用模拟电路将待测量转换成5v的工作电压，再经过设计的电路进行采集并转换成需要用到数字量，然后送入单片机最小系统运算、处理以及输出显示。

此外，电路设计新颖、功能性好、可扩展性强。

所以本测试仪使用过程非常方便而且准确度高，显示清晰，测量误差保持小。

3.设计的依据
根据数字万用表的原理，结合以下的设计要求：“设计一台简易自动电阻测试仪，具有自动电阻筛选功能，3位数字（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位，测量数据大于5次每秒。

实现显示被测电阻的阻值和电阻符和是否筛选要求的多级量程的测量，其量程要求是10Ω、1kΩ、10kΩ和10MΩ。

由此设想出以下的解决方法，即简易自动电阻测试仪字的系统由、51单片机最小系统、显示部分、键盘输入部分、AD 转换和控制部分和电源部分组成。

为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障。

4.设计重点解决的问题
本设计重点要解决的问题是对不同量程的各种测量内容的转换和自动电阻筛选，还有各部分如何电路组合成一个完整的简易电阻测试仪，而难点解决的问题就是程序的设计，要保正其可行性从而保证设计的正确性。

二、总体方案设计
1方案比较
（1）主控器的选择与论证
方案一采用单片机SPCE061A
单片机SPCE061A作为主控制器，它具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强、处理速度高等特点，尤其适用于语音处理和识别等领域。

但是其软件设计相对复杂，故我们放弃此方案。

方案二采用STC12C5A60S2作为主控制器
利用公司推出的单片机下面分别介绍一下芯片的特点以及选择该芯片的理由:
STC12C5A60S2系列做为核心控制芯片,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S，即25万次/秒),针对电机控制，强干扰场合,支持在系统可编程(ISP)和在应用可编程(IAP)。

STC12C5A60S2系列的单片机相比传统的8051单片机内部资源要丰富很多，它内部包括60KB的Flash程序存储器、1280B的SRAM空间、双串口、共4个16位定时器、外部中断I/O口7路、独立波特率发生器、双数据指针、片内自带看门狗和EEPROM、内置复位、通用I/O口P0-P4准双向口等。

指令简单，易学易懂，外围电路简单，硬件设计方便，IO口操作简单，无方向寄存器，资源丰富，一般设计足够用了，价格便宜、容易购买，资料丰富容易查到，程序编写写简单，但其同样时钟下运行速度和抗干扰能力军比普通8051 8位单片机要高，而且开发环境是我们很熟悉的Keil C51 ,编译效率高，非常适合C语言开发人员，因此我们采用该方案。

（2）显示电路的选择与论证
方案一选用LED数码管显示
LED显示器价格低廉，发光强度高，机械性能好，在普通单片机系统中应用较为广泛，适合显示数字或符号，但不能显示汉字、图片等复杂元素，并且功耗相对较高LED 数码管显示静态驱动（直流驱动）。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O埠进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位*器*进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O埠多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8=40根I/O埠来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O 埠才32个呢。

故实际应用时必须增加*驱动器进行驱动，增加了硬体电路的复杂性。

，虽然，采用低电压扫描驱动，耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、
视角大、可视距离远，但本设计要求显示电位器阻值随旋转角度变化曲线的辅助装置，对于本题难于实现。

图2-1 LED数码管
方案二选用LCD显示
用液晶显示模块LCD，LCD具有体积小、重量轻、功耗小、显示内容复杂、稳定性好、控制驱动方便、在单片机系统中的应用日益广泛，但是传统的LCD与单片机互联接口较多、汉字显示程序复杂、价格较高，不适合和微小系统的使用，新型的LCD ----MzLH01-12864，该模块与单片机接口简单，采用SPI总线接口，自带二级汉字库，编程简单，特别适合在微小系统中的应用。

故选用此方案。

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图2-2MzLH01-12864的引脚图
（3）电机的选择与论证
方案一采用直流电机的选择与论证性
直流电机的加减速不时间不理想，速度而且不易控制，偏差大，达不到本设
计的要求。

方案二采用28BYJ-48步进电机
步进电机由于没有电刷，可靠性较高，电机停转的时候具有最大的转矩（当
绕组激磁时）每步的精度在都比较高，而且不会将一步的误差积累到下一步因
而有较好的位置精度和运动的重复性；优秀的起停和反转响应因而可以采用开
环控制，因此，我们选用该方案。

（4）按键选择
方案一采用多按键矩阵排列式组合键盘，减少I/O口的占用，适用于按键较多的电路中，按键越多越能体现多按键矩阵排列式组合的优越性越明显，但数量少的按键则不必要用矩阵式排列组合。

方案二独立式按键，结构简单，使用灵活，因其每个按键单独占用一位I/O口，所以用于按键少的电路中。

综上所述，根据我们设计的电路，结合两种方案中的按键的适用场合，我们选择方案二，选用独立式按键。

三、单元模块设计
1. 电源模块
由于高压交流电会对弱电系统产生干扰，影响系统的稳定性，而电池之类的电源又存在维护不方便和电压电流衰减等的缺点，所以本次设计采用外部稳压电源供电，这里选用交流稳压电源220V输入经过电路转换得到5V输出，该电路，电压衰减影响比较小，输出稳定，电路如下图。

2.显示模块
在单片机应用系统中，良好的人机界面是不可缺少的重要组成部分，用户可通过人机界面获取系统运行状态及一些过程参数，方便用户操作。

本组设计采用一款新型的LCD ----MzLH01-12864，
MzLH01-12864功能介绍
MzLH01-12864为一块128X64点阵的LCD显示模组，模组自带两种字号（12*16和16*16)的二级汉字库和两种字号（6*8和8*16）的ASCII 码西文字库，并且自带基本绘图GUI功能，包括画点、画直线、矩形、圆形等；采用3.3V电压供电，模组上为串行SPI 总线接口，除电源和背光之外通讯仅需要连接一根从机选择线（SS）、一根时钟线（SCK）、一根数据线（SDA）以及一根BUSY 线即可；接口简单、操作方便；与各种MCU 均可进行方便简单的接口操作。

图1为MzLH01-12864 模组的引脚排列，各引脚的功能如表一所示；
对于MzLH01-1286 模组的操作，厂家提供了16 种控制指令，由于篇幅限制，这里不在详述，具体参见笔者在这里只是简要介绍一下该模组的操作时序，该模组采用仅为写入的非标准SPI总线接口，其操作时序如图2所示，
11 A 背光正极输入
12 K 背光负极输入
表一 MzLH01-12864引脚功能表
图2 MzLH01-1286 模组的串行SPI操作时序
通过串行SPI接口操作时，首先是要求片选信号线（SS)由高电平变为低电平时，模组开始接收串行数据，所接收的第一个字节默认为控制指令，模组采样
数据是在时钟信号(SCK)上升沿到来之前采样。

值得一提的是，用户通过SPI
控制时，每操作完一个字节，都要检测BUSY信号线是否为高电平，若BUSY线
为高电平，此时SCK不能跳变，只有在BUSY线为低电平时，SCK才能操作，否
则中断此次操作。

而且在一次完整的控制指令及指令相关的数据传输过程中，SS必须保持为低电平，如SS 变为高电平，则认为是结束本次操作或中断本次
操作。

显示电路
3主程序模块
①STC12C5A60S2单片机最小系统
图3-1 STC12C5A60S2单片机最小系统
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。

内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。

1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；
2.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V-
3.3V（5V单片机）STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V（3V单片机）；
3.工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的0～420MHz；
4.用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节；
5.片上集成1280字节RAM；
6.通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口），可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55Ma；
7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；
8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)；
9. 看门狗；
10.内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）；
11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器，5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%；
12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟，常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz，3.3V单片机为：8MHz～12MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准；
13.共4个16位定时器两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器做串行通讯的波特率发生器再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；
14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟；
15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)；
16. PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）：
——也可用来当2路D/A使用
——也可用来再实现2个定时器
——也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)；
17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口；
19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)；
20.工作温度范围：-40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)21.封装：
PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串
图3-2 STC12C5A60S2单片机最小系统及显示键盘电路
4 电阻测试模块
下图为继电器组成的量程转换电路，通过单片机对电机控制来实现量程的自动量程转换。

其中以电机电路部分作为辅助模块，驱动电位器。

图电子测量模块及辅助模块四软件设计
1主程序流程图
图4-11系统总流程图
物理量采集处理流程：
图4-12 物理量采集处理流程：3电阻的测量过程流程图：
图4-13电阻测量流程图
五测试参数
5系统测试及整机指标
（1）测试方法：在测试时将被参数通过本系统测量出来的示值与参数的标称值进行对比，进而知道本系统的参数。

（2）测试仪器：示波器，万用表，稳压电源，计算机。

（3）本系统在电阻测试模块中留有两根测试线，只需将测试线将待测电阻引脚接通即可测量。

（4）测试结果：通过按钮实现其按键所对应的功能，并观察测试结果，对设计进行校正和实现功能的可靠性的确认，并记录观察结果。

测试分析：在实际测量中，由于测试环境，测试仪器，测试方法等都对测试值有一
定的影响，就会出现一定的偏差。

为了减小本设计中误差的大小，主要利用修正的方法
来减小本测试仪的测量误差，即在测量前或测量过程中，求取某类系统误差的修正值。

在测量的数据处理过程中选取合适的修正值很关键，修正值的获得有三种途径。

第一种
途径是从相关资料中查取；第二种途径是通过理论推导求取；第三种途径是通过实验求
取。

本测试修正值选取主要通过实验求取，对影响测量读数的各种影响因素，如温度、
湿度、电源电压等变化引起的系统误差。

通过对相同被测参数的多次测量结果和不同被
测参数的多次测量选取平均值，最后确定被测参数公式的常数K值，从而达到减小本设
计系统误差的目的。

由于系统外围器件由电容电阻分立元件搭接而成，所以产生的参数
对应的频率有一定的误差，所以只能通过多次实验测量，选取合适的修正值来尽可能的
减少本测试系统的误差。

六设计总结：
1设计的收获与体会：通过这几天的制作让我对单片机有一定程度的认识，在
模拟电路方面电源很重要，也学习到了模数转换的精确性，虽然我们显示的实时功率与实际有一定的误差，但是我们尽了自己最大的一份努力，同时通过这几天的锻炼也让我感受到团队合作！的重要性，分工明确可以让事情变得事半功倍。

在以后的制作过程中一定牢记！
参考文献：
黄智伟《全国大学生电子设计竞赛训练教程》电子工业出版社华成英、童诗白《模拟电子技术》高等教育出版社
郭天祥《51单片机C语言教程》电子工业出版社
附：
1 测量电阻模块PCB图
21。