课程设计电阻测量(带程序版)

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湖南科技大学

课程设计报告课程名称:单片机原理及应用课程设计

设计题目：电阻测量

院系：通信与控制工程系

专业：通信工程

班级：

学生姓名:

学号: 08409218 08409224

起止日期:2010年12月20日~ 2010年12月31日指导教师:

教研室主任：

指导教师评语：

指导教师签名：年月日

成绩

评

定

项目

权

重

成绩

1、设计过程中出勤、学习态度等方面

2、课程设计质量与答辩

3、设计报告书写及图纸规范程度

总成绩

教研室审核意见：

教研室主任签字：年月日

教学系审核意见：

主任签字：年月日

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 0

1、方案论证与对比 0

方案一 0

2、系统硬件电路的设计 (1)

振荡电路模块 (1)

A/D转换电路模块 (2)

主要性能 (2)

ADC0809芯片的组成原理 (3)

ADC0809引脚功能 (3)

主控芯片AT89C52模块 (4)

主要功能特性 (4)

主要引脚功能 (5)

显示控制电路的设计及原理 (7)

3、程序设计 (8)

初始化程序 (8)

主程序 (9)

5、元件清单 (9)

6、总结与思考及致谢 (10)

参考文献 (11)

附二：程序 (14)

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,,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

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

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

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,,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

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

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

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。

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

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、—端口作为四位LED

数码管显示控制。端口用作单路显示/循环显示转换按钮，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。

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

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

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，和分别作定时器/计数器2的外部计数输入（T2）和时器/计数器2的触发输入（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

T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入)，时钟输出

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

RXD（串行输入口）

TXD(串行输出口)

外中断0

外中断1

T0(定时/计数器0)

T1（定时/计数器1）

外部数据存储器写选通

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。

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

初始化程序

void Init()

{

ST = 0;

OE = 0;

a8255_CON=0x81;

PB=0xff;

PA=0xff;

}

主程序

void main()

{

uchar I=0,J=0;

uint RRR=0;

Init();

while (1)

{

Get_Resistance();

If(RRR==0)RRR=R_T; KΩ

1KΩ

1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 %

%

%

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、、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 = *(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;