简易自动电阻测量仪

2011全国大学生

电子设计竞赛G题：简易自动电阻测试仪

设计报告

日期：年月日

摘要

本系统是一种基于STC89C58单片机的简易自动电阻测试电路。该设计采用12位A/D转换器构成主要的测量电路，其测量范围广而且可以由继电器的闭合与关断实现量程自动转换，使用LCD12864作为显示电路，并采用矩阵按键实现电路功能的自由切换与数据的输入。在电压采样的方案上选用电压分压采样，电路简单又避免自制恒流源本身误差对测量产生的影响。该电路设计新颖、可扩展性强。

关键词：单片机，A/D转换器，电压分压采样，量程自动转换

Abstract

This system is a kind of STC89C58 MCU based on simple automatic resistance test circuits. This design USES A/D converter 12 bit A major measurement circuit, the measuring range and the relay of the closed and shut off to realize automatic conversion, use LCD12864 range as display circuit, and the key to realize the function of the matrix circuit switch and free data entry. Sampling plan in voltage on subsection power circuit is simple and sampling, pressure to avoid homemade constant current source itself on the measurement error influence. The circuit design is novel, the extensibility.

Key words: MVU, A/D converter, electric pressure，range of subsection sampling automatic conversion

一、总体方案设计

1、电阻测量电路的选择与论证

方案一 此方案采用555定时器构成的多谐震荡电路，电阻的测量采用“脉冲计数法”，通过计算震荡输出的频率来计算被测电阻的大小，但是该电路只可以测出量程在100Ω～1M Ω的电阻，达不到题目要求，故放弃此方案。

方案二 此方案采用数控恒压源式闭环负反馈电阻测量的方法，其测量原理框图如图1所示：

图1 数控恒压源式电阻测量的闭环负反馈方法原理框图

系统有被测电阻Rx ，反馈电阻R 0，运算放大器，A/D 转换器，D/A 转换器，单片机组成。加在被测电阻Rx 上的电压V i 是由单片机通过D/A 转换器来控制的，即可调的，必要时可以在D/A 转换器后加一个电压跟随器以扩大带负载能力。被测电阻可由下式求得：

0X i 0

R V R V = （1） 式中 V i —D/A 转换器（数控可调恒压源）的输出

V 0—放大器的输出（A/D 转换器的输入）

式（1）可以改写成

i 00X

V V R R = （2） 由于V 0总是有一定范围的（如0～5伏），所以Vi 与Rx 的比值X i V R 必然被

限制在一定的范围之内（如当R 0=10K Ω，X i V =0～K Ω，可以保证V 0=0～5V ）为了保证实现上述要求，则V i 要随着被测电阻的大小的变化而变化。被测电阻Rx 大，则V i 大，被测电阻Rx 小，则V i 小，由于电阻Rx 是待测量的，所以V i 的

确定就不能够通过式（2）来进行，最直观的想法就是使得V i 从小到大逐步加1，直到使得V 0到达测量范围为止。由于此方案需要数控恒压源，既增加了硬件电路设计，又引入了误差，故放弃此方案。

方案三 此方案采用比例测量法，其原理电路见图2。

图2 电阻测量原理

电路中由电源通过分压电阻R 1之后给测量电路提供电压，流过标准电阻0R 和被测电阻x R 的电流基本相等（数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计）。

所以A/D 转换器的参考电压Ucc 和输入电压Ua 如下关系：

X

R R Ua Ua Ucc 0=- 即：

0R Ua

Ucc Ua R X -= 根据所用A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是Ua 与Ua Ucc -的比值，也即是x R 与0R 的比值。因此这称为比例读数特性。我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量挡。

如：对Ω100挡，取Ω=5001R ，小数点定在个位上。当100X R =Ω时，表头就会显示出Ω100。当R x 变化时，显示值相应变化，可以从Ω1.0测到Ω9.99。

又如对ΩK 1挡，取Ω=50002R ，小数点定在千位上。当X R 变化时，显示值相应变化，可以从ΩK 01.0测到ΩK 99.0。以此类推。

电阻测量电路见图3。

图3 电阻测量电路

由上分析可知1R =Ω=5001R ；2R =Ω=50002R ；Ω=K R 53；Ω=M R 54，该电路中采用单片机控制继电器来实现量程的自动转换。

2、显示模块的选择与论证

方案一 LCD1602液晶显示屏，1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名，液晶1602显示器，功耗低、体积小、超薄轻巧，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中应该广泛，根据容量可分为1行16字、2行16字、2行20字等等，但显示内容有限，不能满足题目中的提到的“显示电位器阻值随旋转角度的变化曲线”，因此舍弃该方案。

方案二 LCD12864是带中文字库的一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显着特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。故选择LCD12864作为电路显示模块。

3、A/D 转换芯片的选择与论证

方案一 采用八位A/D 转换芯片ADC0832组成A/D 转换电路，实现模拟电路到数字电路的转换。ADC0832 为8位分辨率A/D 转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V 之间。芯片转换时间仅为32μS ，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 但是，由于ADC0832只有八位分辨率，测量出来的精度不够准确，因此放弃该芯片的使用，改用高一点分辨率的A/D 转换芯片。 方案二 采用十二位A/D 转换芯片TLC2543组成A/D 转换电路来实现模拟电路