简易自动电阻测试仪

简易自动电阻测试仪

摘要

本设计根据题目要求制作一台简易自动电阻测试仪，能够测量100Ω、1kΩ、10k Ω、10MΩ四档不同的量程，并实现其中前三档的自动量程转换功能，同时自动显示小数点和单位。基于这些要求，经过讨论，决定利用ADC芯片将电阻参数转化为频率，频率f是单片机很容易处理的数字量，一方面测量精度高，另一方面便于使仪表实现自动化，而且单片机构成的应用系统有较大的可靠性。通过输入单片机AT89C52控制继电器控制被测频率的自动选择，输入输出控制采用LED指示灯、LCD1602显示系统和蜂鸣器电路组成，能很好的实现各个要求。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，另一方面便于使仪表实现自动化，设计时间短，成本低，可靠性高。

关键字：AT89C52单片机ADC芯片继电器自动量程转换

一、选择题目

目前电子设备发展迅猛，很多便利仪器出现。这次设计的仪器具有四个档位量程的简易自动电阻测试仪，量程分别为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个档，难点在于小电阻的测量的精度。测量时电阻值为3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和电阻单位，如99.9欧姆，并实现前三个档位的自动量程转换。

在本设计中我重点介绍一种把电子元件的参数R转换成频率信号f的方法，之后采用单片机控制，再通过程序处理运算求出R的数值，最后应用LCD1602显示模块限制阻值。

目前市场测量电子元器件参数R的仪表种类繁多，并且方法和优缺点也各有不同。一般的测量方法都存在计算复杂，不易实现自动测量而且很难实现智能化等缺点。将电阻参数转化为频率，这样处理一方面使测量精度提高了，另一方面也便于使仪表实现智能化，并能很好的实现各个要求。

二、方案论证

2.1方案论证与选择

方案一：最基本的就是根据 R 的定义式来测量。在如图2-1中，分别用电流表和电压表测出通过电阻的电流和通过电阻的电压，根据公式R=U/I求得电阻。这种方法要测出两个模拟量，不易实现自动化。而指针式万用表欧姆档是把被测电阻与电流一一对应，由此就可以读出被测电阻的阻值，如图2-2所示。这种测量方法的精度变化大，若需要较高的精度，必须要较多的量程，电路复杂。

图2-1 定义法测电阻图2-2 万用表测电阻方案二：把电阻转换成频率信号 f ，转换的原理是用A/D芯片将连续变化的模拟信号转变为数字信号频率，单片机根据所选通道，向模拟开关送两路地址信号，取得振荡频率，作为单片机的时钟源，通过计数则可以计算出被测频率，再通过该频率，通过公式计算出各个电阻参数。然后根据所测频率判断是否转换量程，或者是把数据处理后，把电阻的值送显示部分显示出相应的参数值，利用编程实现量程自动转换。

总结：通过精确度以及方便使用的角度考虑，方案二的方法更好。

2.2设计思路

2.2.1 总体方案组成和说明

选择系统的电路设计方框图如图2-3所示，它由四个部分组成： ① 管理控制部分的主芯片采用单片机AT89C52；②测量的部分主要是采用A/D 芯片实现将被测电阻的阻值转换为频率；③通道的选择部分通过52单片机I/O 接口连接继电器来控制自动选择被测电阻的档位；④ 显示的部分是通过LCD1602、二极管指示灯及蜂鸣器而组成的测量部分。

图2-3 设计框图

2.2.2 组成部分及其说明

第一，控制部分

（1）分析：本设计采用AT89C52单片机，利用其具备的中断系统和延时程序来控制换挡，以及LCD1602液晶屏的显示等等功能。

（2）原理图

图2-4 52单片机最小系统设计

第二，测量部分

（1）计算分析：利用ADC0832实现转换被测电阻的频率，通过52单片机的I/O 接口

测量电路

被测电阻

A D C 芯片

继电器选择通道量程

52 单 片 机

二极管指示灯 LCD1602显示 蜂鸣器判断是否超出量程

的自动识别电阻量程，来实现自动测量。

（2）仿真图&原理图

图2-5（1） ADC转换电路仿真图

图2-5（2） ADC转换电路原理图

第三，通道选择部分

（1）分析说明：本设计通过单片机控制来控制继电器完成自动选择，继电器是一种电子控制器件，它具有输入回路和输出回路，经常应用于自动控制电路中，原理实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。所以在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

（2）仿真图

图2-6 继电器自动选择电路

第四，显示部分

（1）分析说明：使用1602液晶显示屏,具有画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点，可以显示4行字，符合本次设计任务的要求。

（2）仿真图&原理图

图2-7（1） 1602显示仿真图

图2-7（2） 1602显示原理图

三、设计实现

3.1 测量电路设计

根据题目要求，采用ADC芯片，将电阻量转换为相应的频率信号值。考虑到单片机对频率的灵敏度，具体的讲就是单片机对10HZ~10KHZ的频率计数精度最高。所以要选择合适的电阻大小，同时又要考虑到不能使电阻的功率过大。所以首先要确定对应档位时适合的频率，然后在确定电阻，从而算出3个电阻的值以及对应频率范围。

档位电阻R1 频率范围

100Ω~1KΩR1=200Ω8500~9500HZ

1KΩ~10KΩR2=10KΩ3600~6600HZ

10KΩ~10MΩR3=500KΩ11000~16400HZ

表3-1 电路对应量程参数

3.2 通道选择电路设计

利用继电器类别的转换，继电器型号为943-1C-5DS,5v控制开关关断

电路流程图如下：

检测被测电阻阻值

ADC芯片

调用量程判断程序

继电器

超量程吗？最高量

程吗？

升量程超载报警降量程

图3-3量程自动转换流程图

3.3 控制电路设计

本设计使用单片机为核心部件，来控制换挡以及显示。

以下是单片机管脚说明：

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如表1所示：

表1 P3特殊功能口

P3口引脚第二功能

P3.0 RXD（串行口输入）

P3.1 TXD（串行口输出）

P3.2 INT0（外部中断0输入）

P3.3 INT1（外部中断1输入）

P3.4 T0（定时器0外部脉冲输入）

P3.5 T1（定时器1外部脉冲输入）

P3.6 WR（外部数据存储器写脉冲输出）

P3.7 RD（外部数据存储器读脉冲输出）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE 的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

系统的显示部分采用LCD1602液晶显示模块。

3.5 软件设计

系统通过频率来控制量程自动切换，并根据换算对应的电阻，然后再控制显示模块输出。

图3-2 程序设计流程图

Yes

NO

初始化

通过采样中断计算频率

计算R 的值

通过R 的范围，确定档位

1602显示

判断是否在规定频率内

开始

结束

一个继电器 至高，其它至低

四、测试及结果分析

4.1 测试方法及使用的仪器

测量方法：采用555多谐振荡电路，将电阻量转换为相应的频率信号值。再利用单片机及有关程序对范围的选择，显示侧量出数值。

测试使用的仪器设备：数字万用表、示波器。

4.2 指标测试和测试结果

表4.1.2 测试结果对照分析表

档位

测量值实际值

测量值

100Ω~1KΩ101Ω98.9Ω

1KΩ~10KΩ1014Ω998.9Ω

10KΩ~10MΩ- 989KΩ

五、结论

本设计实现了一种利用52单片机实现的简易电阻测试仪，基于单片机和量程自动切换电路的控制系统，能够根据待测电阻的大小实现适当频率的控制，再分别采样频率，通过程序计算待测电阻Rx并在1602液晶上显示。并且测量的数据结果较稳定。设计过程中出现问题有以下：

1. 在使用ADC芯片电路中电阻值时，由于单片机对10HZ~10KHZ的频率计数精度最高。所以要选用合理的电阻大小。同时又要考虑到不能使电阻的功率过大，这样给我们计算带来了很多的麻烦。

2.我们接收到频率较高，所以通过电路很难控制精确度，产生的误差比较大。

3．继电器在使用时最高位的继电器无法工作导致量程只能在0到1k。

4、在实验过程中时常有捉襟见肘的感觉，一方面是理论不足，很多好的方案，好的思想由于理论的匮乏，无法理解，也不能使用，在以后的学习过程中理论的学习始终是重点；还有就是程序的问题，由于编程水平跟不上，加上思路也不清晰，导致程序的编写存在很大的问题，好的思想，无法在程序中展现出来，这也是以后需要加强的地方。

参考文献

1.高吉祥，黄智伟，丁文霞. 数字电子技术[M]. 北京：电子工业出版社，2003年，第

1版

2.邹其洪黄智伟高嵩.电工电子实验与计算机仿真[M].北京：电子工业出版社，2003

年，第1版

3.张友汉.电子线路设计应用手册[M].福建：福建科学技术出版社.2000.7第一版.

4.黄智伟.电子电路计算机仿真设计[M]. 北京：电子工业出版社，2004年第1版

附录

附录1: 主要元器件清单

at89c52单片机 1

12M晶振 2

11.0592M晶振 2

22pf瓷片电容 5

4.7k电阻 2

2.5k电阻 2

200电阻 2

10k电阻 2

500k电阻 2

3.3k电阻 2

AD转换器adc0832 2

mps8098三极管 5

继电器G2RL-1AB-DC5 5

蓝白电位器10k 2

排针 2

8脚排座 2

40脚排座 2

蜂鸣器 2

1n4148二极管 5

2n2222三极管 3

发光二极管 2

附录2：程序清单

#include

#include

#define uchar unsigned char

uchar table[]={ 0x00,0x04,0x0A,0x11,0x11,0x0A,0x1B,0x3B, };

uchar table1[]="THE RES IS: ";

sbit CS=P1^5;

sbit Clk=P1^6;

sbit DI=P1^7;

sbit DO=P1^7;

sbit rs=P2^0;

sbit en=P2^1;

sbit j1=P2^7;

sbit j2=P2^6;

sbit j3=P2^5;

sbit beep=P1^4;

sbit led=P2^3;

void delay(int x)

{ int j;

for(;x>0;x--)

for(j=20;j>0;j--) ;

}

uchar ADC0832(uchar CH)

{

uchar i,dis0,dis1,date;

Clk=0; //拉低时钟

DI=1; //初始化

delay(1);

CS=0; //芯片选定

delay(1);

Clk=1; //拉高时钟

delay(1);

if(CH==0) //通道选择

{

Clk=0; //第一次拉低时钟

DI=1; //通道0的第一位

delay(1);

Clk=1; //拉高时钟

delay(1);

Clk=0; //第二次拉低时钟，ADC0832 DI接受数据

delay(1);

Clk=1;

delay(1);

}

else

{

Clk=0;

DI=1; //通道1的第一位

delay(1);

Clk=1;

delay(1);

Clk=0;

DI=1; //通道1的第二位

delay(1);

Clk=1;

delay(1);

}

Clk=0; //第三次拉低时钟,此前DI两次赋值决定通道 DI=1; //DI开始失效，拉高电平，便于DO数据传输

for(i= 0;i<8;i++) //读取前8位的值

{

delay(1);

dis0<<= 1;

Clk=1;

delay(1);

Clk=0;

if (DO)

dis0|=0x01;

else

dis0|=0x00;

}

for (i=0;i<8;i++) //读取后8位的值

{

dis1>>= 1;

if (DO)

dis1|= 0x80;

else

dis1|= 0x00;

delay(1);

Clk=1;

delay(1);

Clk=0;

}

date=dis0; //则赋值给dat

delay(1);

CS=1; //释放ADC0832

DI=1; //拉高输出端，方便下次通道选择DI端有效

Clk=1; //拉高时钟

delay(1);

return date;

}

long datch(uchar a ,long st ) //计算电阻

{ long y;

double x=1.0*st*(255-a)/a ;

y=x;

return y;

}

void writecom(uchar com)

{ rs=0;

P3=com;

delay(10);

en=1;

delay(10);

en=0;

}

void writedat(uchar date)

{ rs=1;

P3=date;

delay(10);

en=1;

delay(10);

en=0;

}

void init ()

{

en=0;

writecom(0x38);

writecom(0x0c);

writecom(0x06);

writecom(0x01);

}

void display( long x)

{ int j,wei=12;

for(j=0;j<18;j++) //qinhkongxianshi { writecom(0xc0+14-j);

delay(10);

writedat(32); }

for(j=0;x>0;j++) //qinhkongxianshi { if((j%3==0)&&(j>0))

{writecom(0xc0+wei-j);writedat(44);wei--;} writecom(0xc0+wei-j);

delay(10);

writedat(x%10+48);

x=x/10 ;

}

}

long J1(void)

{ j1=1;

j2=0;

j3=0;

delay(40);

return datch(ADC0832(0),200);

}

long J2(void)

{ j1=0;

j2=1;

j3=0;

delay(40);

return datch(ADC0832(0),10000);

}

long J3(void)

{ j1=0;

j2=0;

j3=1;

delay(40);

return datch(ADC0832(0),500000);

}

void main()

{

int j;

long x,s=1;

led=1;

init();

j1=1;

j2=0;

j3=0;

for(x=0;x<11;x++)

{

writedat(table1[x]);

delay(10);

}

writecom(0x40);

for(x=0;x<8;x++)

{

writedat(table[x]);

}

delay(10);

writecom(0xc0+15);

writedat(0x00);

while(1)

{

if(j1==1)

{

s=J1();

if(s>=1900)

s=J2();

if(s>=100000)

s=J3();

}

else if(j2==1)

{

s=J2();

if(s<=1900) s=J1();

else if(s>=100000) s=J3();

}

else if(j3==1)

{

s=J3();

if((s<=100000)&&(s>1900)) s=J2();

if(s<=1900) s=J1();

}

j=ADC0832(0);

if(j>=254) beep=1;

else beep=0;

else led=1;

if(x!=s)

{

x=s;

display(s); } } }

附录3：实物图