简易自动电阻测试仪

简易自动电阻测试仪

摘要

本设计根据题目要求制作一台简易自动电阻测试仪，能够测量100Ω、1kΩ、10k Ω、10MΩ四档不同的量程，并实现其中前三档的自动量程转换功能，同时自动显示小数点和单位。基于这些要求，经过讨论，决定利用ADC芯片将电阻参数转化为频率，频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。通过输入单片机AT89C52控制继电器控制被测频率的自动选择，输入输出控制采用LED指示灯、LCD1602显示系统和蜂鸣器电路组成，能很好的实现各个要求。单片机具有可编程性，硬件的功能描述可完全在软件上实现，另一方面便于使仪表实现自动化，设计时间短，成本低，可靠性高。

关键字：AT89C52单片机 ADC芯片继电器自动量程转换

一、选择题目

目前电子设备发展迅猛，很多便利仪器出现。这次设计的仪器具有四个档位量程的简易自动电阻测试仪，量程分别为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个档，难点在于小电阻的测量的精度。测量时电阻值为3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和电阻单位，如99.9欧姆，并实现前三个档位的自动量程转换。

在本设计中我重点介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f的方法，之后采用单片机控制，再通过程序处理运算求出R的数值，最后应用LCD1602显示模块限制阻值。

目前市场测量电子元器件参数R的仪表种类繁多，并且方法和优缺点也各有不同。一般的测量方法都存在计算复杂，不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点。将电阻参数转化为频率，这样处理一方面使测量精度提高了，另一方面也便于使仪表实现智能化，并能很好的实现各个要求。

二、方案论证

2.1方案论证与选择

方案一：最基本的就是根据 R 的定义式来测量。在如图2-1中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图2-2所示。这种测量方法的精度变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。

图2-1 定义法测电阻图2-2 万用表测电阻方案二：把电阻转换成频率信号 f ，转换的原理是用A/D芯片将连续变化的模拟信号转变为数字信号频率，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率，通过公式计算出各个电阻参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把电阻的值送显示部分显示出相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。

总结：通过精确度以及方便使用的角度考虑，方案二的方法更好。

2.2设计思路

2.2.1 总体方案组成和说明

选择系统的电路设计方框图如图2-3所示，它由四个部分组成： ① 管理控制部分的主芯片采用单片机AT89C52；②测量的部分主要是采用A/D 芯片实现将被测电阻的阻值转换为频率；③通道的选择部分通过52单片机I/O 接口连接继电器来控制自动选择被测电阻的档位；④ 显示的部分是通过LCD1602、二极管指示灯及蜂鸣器而组成的测量部分。

图2-3 设计框图

2.2.2 组成部分及其说明

第一，控制部分

（1）分析：本设计采用AT89C52单片机，利用其具备的中断系统和延时程序来控制换挡，以及LCD1602液晶屏的显示等等功能。

（2）原理图

图2-4 52单片机最小系统设计

第二，测量部分

（1）计算分析：利用ADC0832实现转换被测电阻的频率，通过52单片机的I/O 接口

测量电路

被测电阻

A D C 芯片

继电器选择通道量程

52 单 片 机

二极管指示灯 LCD1602显示 蜂鸣器判断是否超出量程

的自动识别电阻量程，来实现自动测量。

（2）仿真图&原理图

图2-5（1） ADC转换电路仿真图

图2-5（2） ADC转换电路原理图

第三，通道选择部分

（1）分析说明：本设计通过单片机控制来控制继电器完成自动选择，继电器是一种电子控制器件，它具有输入回路和输出回路，经常应用于自动控制电路中，原理实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。所以在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

（2）仿真图

图2-6 继电器自动选择电路

第四，显示部分

（1）分析说明：使用1602液晶显示屏,具有画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，可以显示4行字，符合本次设计任务的要求。

（2）仿真图&原理图

图2-7（1） 1602显示仿真图

图2-7（2） 1602显示原理图

三、设计实现

3.1 测量电路设计

根据题目要求，采用ADC芯片，将电阻量转换为相应的频率信号值。考虑到单片机对频率的灵敏度，具体的讲就是单片机对10HZ~10KHZ的频率计数精度最高。所以要选择合适的电阻大小，同时又要考虑到不能使电阻的功率过大。所以首先要确定对应档位时适合的频率，然后在确定电阻，从而算出3个电阻的值以及对应频率范围。

档位电阻R1 频率范围

100Ω~1KΩR1=200Ω8500~9500HZ

1KΩ~10KΩR2=10KΩ3600~6600HZ

10KΩ~10MΩR3=500KΩ11000~16400HZ

表3-1 电路对应量程参数

3.2 通道选择电路设计

利用继电器类别的转换，继电器型号为943-1C-5DS,5v控制开关关断

电路流程图如下：

图3-3量程自动转换流程图

3.3 控制电路设计

本设计使用单片机为核心部件，来控制换挡以及显示。

以下是单片机管脚说明：

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。