简易自动电阻测试仪--毕业论文设计.docx

嘉兴职业技术学院
毕 业 设 计 (论 文)

题目名称： 简易自动电阻测试仪

姓 名：
所在分院： 机电与汽车分院
专业班级： 自动化101班
指导教师：

二O一三 年 四 月 二十六 日

目 录
1．方案选择 1
1.1．可编程逻辑控制器(PLC) 1
1.2．利用振荡电路与单片机结合 1
1.3．利用并联继电器和单片机结合 1
1.4．小结 1
2．硬件设计 2
2.1．整体设计 2
2.2. AT89C51最小系统 3
2.3．电源 3
2.4. AD转换模块 4
2.5．电阻测量模块 5
2.6．键盘输入 6
3．软件设计 6
3.1．主程序流程图 6
4．参数计算 7
5．结果仿真分析与测试 7
5.1． 仿真分析 7
5.2． 测试分析 8
总结 9
致谢 10

1

简易自动电阻测试仪
摘要
在电子设计中，电阻是最基本的元件，经常要对它的值进行测量。而在某些场合，对测量精度要求很高。因此，设计可靠，安全，便捷的电阻测试仪具有极大的现实必要性。硬件设计中，采用以MCS-51单片机为核心的硬件电路。利用四个继电器做量程转化电路，选择相应的量程范围，再将电阻的值通过AD转化转化为数字信号，通过51单片机测量之，再通过对应关系计算出参数值，最后显示在1602上。软件设计中，采用Keil4编写C语言代码，包括量程转化电路，AD转换模块，辅助装置连接模块，显示模块。最后，采用protues7.7进行整体仿真，仿真结果满足题目要求。

关键词
51单片机；继电器；1602液晶屏；电路；protues7.7仿真
I
1．方案选择
电阻测试仪的设计可用多种方案完成，例如使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合、继电器与单片机结合等等来实现。在设计前对各种方案进行了比较。
1.1．可编程逻辑控制器(PLC)
应用广泛，它能够非常方便地集成到工业控制系统中。其速度快，体积小，可靠性和精度都较好，在设计中可采用PLC对硬件进行控制，但是用PLC实现价格相对昂贵，因而成本过高。
1.2．利用振荡电路与单片机结合
利用555多谐振荡电路将电阻参数转化为频率，把模拟量近似的转换为数字量，频率f是单片机很容易处理的数字量，测量阻值较小的电阻时测量精度高，
但是测量范围只有1Ω～300kΩ，量程不够。
1.3．利用并联继电器和单片机结合
因为测量范围至少要达到10MΩ，并联继电器的方法能达到这个要求，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性，容易构成各种规模的应用系统，且应用系统有较高的软、硬件利用系数。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，而且设计时间短，成本低，可靠性高。
1.4．小结
综上所述，1.3利用并联继电器和单片机结合制作电阻测试仪更为简便可行，而且成本比较低廉。所以，我将采用这种方法来制作简易自动电阻测试仪。

2．硬件设计
2.1．整体设计
硬件电路以51单片机为核心，可分为四个模块：控制模块、测量模块、AD转换模块、显示模块。设计框图如图2-1：
被
测
电 阻
测量电路
AD转换

51
单
片
机
数字显示

图2-1 设计框图

各模块功能和选择理由如下：
控制模块：采用89C51，控制测量量的切换，1602的显示,控制步进电机驱动电位器。51单片机运用广泛技术成熟，可操作性强。
测量模块：我们采用并联4个继电器作为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ4个量程的选择开关。
AD转换模块：该模块的功能为将测量参数转化为数字信号。MAX187具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，
显示模块：采用1602显示。优点是方便读取数据，接线简单。

2.2. AT89C51最小系统
设计核心AT89C51最小系统开发板电路图如图2-2所示。

图2-2 AT89C51最小系统
2.3．电源
共2个电源，一个2V如图3，另一个7.3V如图4。

图2-3 2V电源

图2-4 7.3V电源
2.4. AD转换模块
AD转换电路如图5。

图2-5 AD转换电路
2.5．电阻测量模块
电阻测量模块电路如图6所示：
该模块分为六档，一档为100Ω，二档为1kΩ、三档为10kΩ、四档为100kΩ、五档为1MΩ、六档为10MΩ。

图2-6 测量模块电路
2.6．键盘输入
8个按键的功能分别为：
菜单：进入菜单。
个位、十位、百位：调整相应数位上的数值，范围为0～9。
单位：可以调整单位，有Ω、kΩ、kΩ、MΩ四个选择。
误差：误差调整范围为0%～0.9%
小数点位置：可以在百位十位之间、十位个位之间或各位后的三个位置调整。
3．软件设计
3.1．主程序流程图
在电阻测试仪的设计中，为于直观性，在1602上显示被测参数的选择，主程序流程图如图3所示。首先插入被测元件，开关打开以后，进行复位，之后单片机根据按键类别启动相应的参数测试程序，测试完毕后将结果送1602显示。

图3-1 主程序流程图

4．参数计算
电阻的计算： （4-1）

（R为精确电阻，为参考电压，为读数）

5．结果仿真分析与测试
5.1． 仿真分析
继电器能正常工作，说明测量模块设计正确。。单片机计数器的最高频率不能高于晶振频率的二十四分之一，频率太低又会使计数不准，而产生误差。因此，电阻值的选取十分重要，不能使震荡频率过高或过低。
总体仿真后, 1602能正确显示所测量得数据，证明软件设计正确。由于电路的一些参数影响，导致理论值和实际值之间存在误差，于是我对程序中的计算公式作了一定的修正。修正后，误差减小到要求的误差范围内。
本设计硬件电路简单，便于实现，虽然精度不是很高，但在一般场合已经够用。单片机控制程序采用C语言编写，思路清晰。系统的软件部分是系统实现各种工作状态的关键。在Keil4的平台上，通过各个模块的调试，可以确保软件无错，能正常执行。

5.2． 测试分析
进过多次测量计算调整误差，得到的测试结果如表1：
表5-1 测试结果
量程
被测电阻
测量值
误差
量程为100Ω
单位：Ω
67.75
67.06
-1.0%
50.96
51.29
0.6%
14.94
14.27
-4.5%
量程为1kΩ
单位：kΩ
0.802
0.804
0.2%
0.762
0.760
-0.3%
0.622
0.616
-0.9%
0.558
0.556
-0.4%
0.465
0.469
0.7%
0.385
0.386
0.4%
0.322
0.322
-0.2%
0.148
0.150
1.0%
量程为10kΩ时
单位：kΩ
6.78
6.66
-1.7%
5.53
5.55
0.4%
3.86
3.89
0.7%
3.30
3.33
1.0%
量程为10MΩ
单位：MΩ
9.85
9.99
1.4%
0.98
0.99
1.1%
0.39
0.39
-0.6%

总结
本次设计已完成一下四点：
（1）测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量准确度为±（1%读数＋2 字）。
（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。即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否符合筛选要求的指示。

致谢
在本论文完成之际，首先要向我的导师王进满老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，王老师给了我许许多多的帮助。在王老师的悉心指导中，我学到了扎实的专业知识。在此我谨向王老师表示衷心的感谢和深深的敬意。
同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢嘉兴职业技术学院，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔，学无止境。明天，将是我终身学习另一天的开始。
由于水平有限,此篇设计论文难免存在一些错误,希望各位批阅者不吝赐教。在此向大家表示衷心的感谢!

参考文献
[1] 王松武. 电子测量仪器原理及应用（1）.哈尔滨工程大学出版社,2004.
[2] 林占江. 电子测量技术. 电子工业出版社,2007.
[3] 林占江. 电子测量仪器原理与使用.电子工业出版社,2006.
[4] 谭浩强. C 语言程序设计(第三版). 清华大学出版社,2005.
[5] 李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京航空航天大学出版社,2005.
[6] 秦实宏.单片机原理与应用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2005
[7] 姜立东.嵌入式系统原理及应用[M].北京：机械工业出版社,2006
[8] 杨欣.电路设计与仿真[M].北京：清华大学出版社,2006
[9] 楼然苗.51系列单片机设计实例[M]．北京：航空航天大学出版社，2004
[10] 卢艳军.单片机基本原理及应用系统[M].北京：机械工业出版社，2005

附录一：元件清单列表：