简易自动电阻测试仪.doc

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1、无锡商业职业技术学院全国电子设计大赛设计论文项目：简易自动电阻测试仪参赛人员：李宇伟、周建龙、叶中英院系：电子工程学院指导老师：李泓、何丹时间：2011年8月31日参赛编号：510032摘要：本设计介绍了一种简易自动电阻测试仪，包括系统的硬件和软件设计。本测试仪以CYGNAL公司的C8051Fxxx型单片机C8051F410构成的最小系统为控制核心，由电阻测量模块，步进电机驱动模块，LCD显示、按键模块，电源电路等模块构成。能够为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档进程量程，测量准确度为±（1%读数＋2字）；100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换

2、功能。另外本系统还具有具有自动电阻筛选、自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线等功能。关键词：C8051F电阻测量步进电机驱动目录一、前言2二、方案比较与论证22.1电阻测量方案论证与选择22.2A/D模块方案论证与选择32.3电机模块方案论证与选择32.4电机驱动模块论证与选择42.5微控制器模块论证与选择42.6显示模块论证与选择5三、系统硬件电路设计53.1系统总体设计53.2电阻测量硬件电路设计63.3步进电机驱动模块硬件设计63.4液晶显示、按键模块硬件设计73.5电源电路模块8四、系统软件设计94.1主程序设计94.2子程序设计10五、系统调试及

3、系统功能、指标参数125.1主要测试仪器125.2基本功能测试125.3发挥部分功能测试135.4其他功能测试13六、设计总结14参考文献15附录16一、前言本次竞赛G题要求设计并制作一台简易自动电阻测试仪。能够对100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个量程档进行测量，测量准确度为±（1%读数＋2字）；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；100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能；具有自动电阻筛选功能等任务。根据该题目的要求，我们组设计了以下几种方案并对各方案进行了论证与分析。二、方案比较与论证在进行

4、本设计前我们对各功能模块进行了比较论证和选择。2.1电阻测量方案论证与选择方案一：交流电桥测量法交流电桥的构造及原理均与直流惠斯通电桥相同，电源使用交流电，四臂的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4，可以用电阻、电感、电容或其他组合，电桥平衡的条件是此条件显示交流电桥不同于直流电桥：首先条件有两个，因此，需要调节两个参数才能使电桥平衡；其次，阻抗的多样性可以组合成各具特色的电桥，但非所有电桥都能同时满足达到平衡的条件。方案二：LM334恒流源测量法该方法是给待测电阻提供一个恒定电流，利用单片机的AD采集其两端的电压来确定其电阻值。此种方法简单易行，但是由于电阻变化范围是1

5、00Ω~10MΩ，电压变化范围太大，而单片机AD输入范围有限，所以至少需要六个挡才能实现要求的指标。方案三：直接测量法，也叫转换测量法。测量时，把电阻欧姆先转换成别的量再测量。比如把被测量电阻施加以一个已知的电压，那么再测量流过电阻的电流，根据欧姆定律，这个电流与电阻成正比。因此，我们采用测量这个电压，就可以得到电阻值。直接测量简单快速，但转换后很多因素直接参与误差贡献，比如恒流源的精度、电压表的精度都直接影响被测电阻值。方案四：电阻—电压转换测量法，采用R/U转换器将被测电阻转换成电压，经转换后得到的直流电压经A/D转换器转换为数字信号，由单片机控制输出显示被

6、测电阻值到LCD。经过讨论，我们选择了方案四作为我们测量电阻的最终方案。2.2A/D模块方案论证与选择方案一：采用专门的A/D芯片来完成电压的采集与转换，在测量速度和精度上都能满足本设计的要求，但是需要额外的硬件，故性价比不高，且增加了系统的功耗。方案二：采用单片机C8051F410内部有一个12位SARADC和一个27通道单端输入多路选择器，该ADC的最大转换速率为200ksps。既能满足设计的要求有可以节省硬件电路开支。经比较我们采用方案二。2.3电机模块方案论证与选择方案一：采用直流电机直流电机速度快，价格便宜，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速范

7、围广，调速特性平滑。但其转距小，带有大负载时很容易堵转；而且由于其速度较快，不易控制，精确度低，不适合应用在本题。方案二：采用减速电机减速电机也是通过控制电流来改变速度的，而且其内部有减速齿轮箱，转距大，速度较步进电机快。不适合应用在本设计。方案三：采用步进电机步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的机构，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高。通过分析题目要求，步进电机可以达到题目要求的精度，而且价格适中，控制简单。综上所述，我们决定采用步进电机。2.4电机驱动模块论证与选择方案一：采用大功率三极管，二极管，电阻

8、电容等元件采用上述元件搭