课程设计电阻测量(带程序版)

摘要

本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成BCD码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89C52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码显示。具有读数据准确，测量方便的特点。

关键词：单片机(AT89C52)；电压；A/D转换；ADC0809

目录

设计要求 (1)

1、方案论证与对比 (1)

1.1方案一 (1)

1.2方案二 (1)

1.3方案对比与比较................................... 错误！未定义书签。

2、系统硬件电路的设计 (2)

2.1振荡电路模块 (2)

2.2A/D转换电路模块 (3)

2.2.1主要性能 (3)

2.2.2 ADC0809芯片的组成原理 (4)

2.2.3 ADC0809引脚功能 (4)

2.3主控芯片AT89C52模块 (5)

2.3.1主要功能特性 (6)

2.3.2 主要引脚功能 (6)

2.4显示控制电路的设计及原理 (8)

3、程序设计 (9)

3.1初始化程序 (9)

3.2主程序 (10)

3.3显示子程序 (10)

3.4A/D转换测量子程序 (11)

4、调试及性能分析 (11)

4.1调试与测试 (11)

4.2性能分析 (12)

5、元件清单 (13)

6、总结与思考及致谢.................................. 错误！未定义书签。参考文献. (13)

附一：原理图 (16)

附二：程序 (16)

设计要求

电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压） 测量100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。 测试：误差10%。

1、方案论证与对比

1.1方案一

利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx 与Rx 成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度Tx 应与Rx 成正比，其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如图1所示。

用555构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度Tx 与Rx 的函数关系是：

3ln ??=X X C R T

所产生的时间误差可能达到百分之十五，再加上其他原因产生的误差，测量是的时间延迟太大。

图1 方案一原理图

1.

方案二 用ADC0809

电阻测量，以一个1K 的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分

压，分压比例得出电阻比例。

555 单稳态电 路

A/D 转换 电路

译码-驱动-显示

电路

21R R =2

1V V

用ACD0809测量电阻时间误差为%10以下，分辨率高，输出能与TTL 电平兼容。其原理图如图2所示。

图2 方案二原理图

1.3方案对比与比较

由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压，测量100,1k,4.7k,10k,20k 的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差10%。通过比较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。

2、系统硬件电路的设计

2.1 振荡电路模块

振荡电路通过这两个引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF ），这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如图3所示。

图3. 振荡电路

简易外围电路

A/D 转换电路

译码-驱动-显示 电路

8051

XTAL1 XTAL2

C2

C1

2.2 A/D转换电路模块

ADC0809是采用逐次逼近式原理的A/D转换器。

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上，9电路图如图4所示。

图4 A/D转换电路原理图

2.2.1主要性能

1分辨率为8位二进制数。

2模拟输入电压范围0V—5V，对应A/D转换值为00H—FFH。

3每路A/D转换完成时间为100μs。

4允许输入4路模拟电压，通过具有锁存功能的4路模拟开关，可以分时进行4路A/D转换。

5工作频率为500kHz,输出与TTL电平兼容。

2.2.2 ADC0809芯片的组成原理

具体设计要求如图5所示，它是由地址锁存器、4路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器构成。由3位地址输入线ADDRA、ADDRB、ADDRC决定4路模拟输入中的1路进8位A/D转换器，A/D转换值进入三态锁存输出缓冲器暂存，在CPU发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，经DB7—DB0进入CPU总线，完成一次A/D转换全过程。

图5A/D转换电路原路图

2.2.3 ADC0809引脚功能

ADC0809采用28引脚的封装，双列直插式。A/D转换由集成电路ADC0809完成。ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线（23—25脚—即C,B,A,）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制（ALE），当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制（START），当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志（EOC），当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制（OE），当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为ADC0809的时钟输入端（CLOCK），利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0—P3.3端口作

为四位LED数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作ADC0809的A/D转换控制。

2.3 主控芯片AT89C52模块

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口。3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

如图6所示为AT89C52管脚图。

图6AT89C52管脚图

2.3.1主要功能特性

·与MCS—51产品指令和引脚完全兼容

·8k字节可重擦写Flash闪速存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：0Hz—24MHz

·三级加密程序存储器

·32个可编程I/O口线

·低功耗空闲和掉电模式

·3个16位定时/计数器

·可编程串行UART通道

2.3.2 主要引脚功能

VCC : 电源

GND: 地

P0 口：P0口是一组8 位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX @DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX @R I）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P1口和P2口的第二功能如下表1所示。

表1 P0和P1口的第二功能

引脚号功能特性

P1.0 T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入)，时钟输出

P1.1 T2EX（定时/计数2捕获/重载触发和方向控制）

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。具体功能如表2所示：

表2 P3口的第二功能

端口引脚第二功能

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD(串行输出口)

P3.2外中断0

P3.3外中断1

P3.4T0(定时/计数器0)

P3.5T1（定时/计数器1）

P3.6外部数据存储器写选通

P3.7外部数据存储器读选通RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。

EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash 编程期间，EA也接收12伏VPP电压。

XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。

2.4 显示控制电路的设计及原理

显示子程序采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放70H—77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放在78H—7BH单元中，其中7B存放通道标志数。寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。

本系统显示部分采用4位数码管动态扫描显示。

动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。本系统采用4位共阴极数码管，COM端接接P20—P23端，8个笔划段a-h分别按顺序接P07—P00，轮流给P20—P23口低电平，使各个数码管轮流点亮。

在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

显示控制电路由图7的8255芯片和图8的数码管显示电路两部分组成

图7 8255芯片

图8数码管显示电路

3、程序设计

3.1 初始化程序

void Init()

{

ST = 0;

OE = 0;

a8255_CON=0x81;

PB=0xff;

PA=0xff;

}

3.2主程序

void main()

{

uchar I=0,J=0;

uint RRR=0;

Init();

while (1)

{

Get_Resistance();

If(RRR==0)RRR=R_T; //计算平均值

else

if(J==30){R=RRR;RRR=0;J=0;} //J为 30个平均值《可改》 else J++;

Display();

}

}

3.3显示子程序

void Display()

{

uchar A;

uint B=10000;

for(A=0x02;A<=0X40;A<<=1)

{

if(R/B)

{ if(A!=0X02)Delay(150); PB=0XFF;

PA=0XFF;

PB=LED_CODE[(R%(B*10))/(B)]; PA=~A;

}B/=10;

}

}

3.4 A/D 转换测量子程序

uchar Ad_Cover() {

uchar AD_DATA; ST = 0;

ST = 1; //启动AD 转换

ST = 0;

while (EOC==0)CLK = ~CLK; OE = 1; AD_DATA = P0; OE = 0;

return AD_DATA; }

4、系统调试与分析

4.1 硬件调试

硬件调试时可以检查印制板和外围电路是否有断路或短路问题，在检查无误的情况下，通过外围电路接入一个被测电阻，检查数码管显示是否正常，若不正常，用万用表检查出电路的问题所在，并纠正电路的焊接问题。

为了测量的精准度，用万用表选择KΩ1的基准电阻，尽量使基准电阻接近KΩ1,减少测量的误差。

4.2 软件调试

将用keil编译产生的HEX文件下载到单片机开发板中，通过外围电路接入一个已知的被测电阻，看数码管上的显示数值是否接近已知的电阻值，若不对，则反复调试程序，直到正确为止。

4.3 性能分析

1.误差W=

0|2

1 |

R R

R-

?100%,如表3所示。

2.误差分析

AD的分辨率只有八位，分辨率小，所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻的变大误差变大。

表3 误差分析

电阻理想阻值R(K) 万用表测量值

R0(K)

模拟测量值R1(K) 误差w

1 0.99 0.995 0.5%

4.7 4.61 4.565 0.98%

0.47 0.461 0.462 0.22%

5、元件清单

元件名称类型或量程数量

芯片AT89C52 1片

芯片8255 1片

芯片ADC0809 1片

杜邦线2根

万用表1个

电阻1K、4.7K、0.47K 各一个

电源线供电电源线1根

数码管HS310361K 2个

6、总结与思考及致谢

这次单片机课程设计意义非同一般，把我从单深入的理论编程到硬件软件综合实现一个使用的电路。通过这学期的单片机的学习，知道了单片机在实际应用中占据很重要的作用，也了解单片机本身的功能，用编程控制；也了解了单片机的一些扩展功能。通过这次设计，我更深入地了解到单片机的使用原理和功能。

为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。虽说两周的时间有点仓促，但老师和同学们夜以继日在解决问题，我做电阻测量的设计中也遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价值的书籍，我从中认识了不少。也增强了自己发现问题解决问题的能力。还有在编程的时候要仔细，要实现一个完整的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一些小问题，比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。

两周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离不开指导老师方智文的悉心教导，我受益匪浅，相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习榜样，给我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这里向他们说声谢谢，你们辛苦了。

参考文献

[1] 张鑫. 《单片微机原理与应用》.[M] 北京.电子工业出版社.2008

[2] 楼然苗.李光飞. 《单片机课程设计指导》. [M]北京.航空航天大学出版社. 2007

[3] 长洪润.刘秀英. 《单片机应用设计200例（上、下）》. [M] 北京.航空航天大学出版社.2006

[4] 张毅刚.《新编MCS—51单片机应用设计（第3版）》.[M]哈尔滨工业大学出版社.2008

[5] 马静.《单片机原理与应用》. [M] 实践教学指导书中国计量出版社. 2003

附一：原理图

附二：程序

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit ST = P2 ^ 7;

sbit EOC = P3 ^ 4;

sbit OE = P2 ^ 3;

sbit CLK = P2 ^ 0;

xdata uchar PA _at_ 0xD1FF, PB _at_ 0xD2FF, PC _at_ 0xD5FF, a8255_CON _at_ 0xD7FF;

uint R=0,R_T;

uchar code LED_CODE[]= {0xA0, 0xBB, 0x62, 0x2A, 0x39, 0x2C, 0x24,

0xBA, 0x20, 0x28};

void Init()

{

ST = 0;

OE = 0;

a8255_CON=0x81;

PB=0xff;

PA=0xff;

}

uchar Ad_Cover()

{

uchar AD_DATA;

ST = 0;

ST = 1;

ST = 0;

while (EOC==0)CLK = ~CLK;

OE = 1;

AD_DATA = P0;

OE = 0;

return AD_DATA;

}

void Get_Resistance()

{ float c;

uchar TEMP;

TEMP=Ad_Cover();

c=(float)(256-TEMP);

c = 1000.000*(c/(float)TEMP);

R_T=(unsigned int)c;

}

void Delay(uint CNT)

{

while(CNT--);

}

void Display()

{

uchar A;

uint B=10000;

for(A=0x02;A<=0X40;A<<=1)

{

if(R/B)

{ if(A!=0X02)Delay(150);

PB=0XFF;

PA=0XFF;

PB=LED_CODE[(R%(B*10))/(B)];

PA=~A;