电阻测量仪设计

一、系统总体设计

系统设计任务与要求STC12C60S2

该自动电阻测量仪以STC12C60S2单片机为核心，利用分压法测量原理，通过A/D转换器进行采样，得到的采样值经过单片机处理实现电阻测量,测量结果通过液晶进行显示。同时显示筛选结果指示，“↑”表示被测电阻偏大，“ok”表示被测电阻满足筛选要求，“↓”表示被测电阻偏小。

1.1重点研究内容与实现方法

本设计包括硬件设计和软件设计。

硬件设计主要包括单片机主控系统、基准电压产生电路、16位A/D转换器、量程切换电路、液晶显示模块、键盘和电源模块等构成，其中硬件设计重点是单片机主控系统、选择合适A/D转换器、基准电压产生电路和量程切换电路，设计难点是大功率、高精度基准电压源和电阻测量方案的选择。

软件设计主要是编写程序。需要完成系统初始化、档位选择、电阻测量、电阻值显示、键盘程序等工作。设计的难点是电阻测量算法和键盘程序的设计。

1.3.1主控模块

在整个电路中，电阻值的测量、计算和显示，量程的自动换档和键盘设置等复杂任务的处理都要依靠单片机来完成，采用一款我们可靠、高性能的单片机，是保证我们完成整个任务的基石，所以我们选择低电压高性能的微控制器STC12C60S2。STC12C60S2单片机作为整机的控制单元，利用A/D转换器采集分压电路的输出电压值送入单片机进行处理，处理后的数据送到液晶显示模块显示。该设计采用分压测量原理，加上16位A/D可有效的减小电阻的测量误差。

1.3.2电阻测量方案

电阻测量方案的选取直接关系到系统的测量精度和数据处理程序的设计，电阻测量目前可有多种方案。

方案：采用分压法，通过测量分压值，按照电阻分压公式计算出。该方案电路稳定，受外界影响小，测量精度高，且测量范围较宽。另一方面便于使仪表实现自动化，而且设计周期短，性价比高。

1.3.3电压信号采集模块

方案：设置基准电压源电路，当测试被测电阻时，产生对应的电压值，然后使用A/D 转换器LTC1864模块完成A/D转换，将所获得的数字量送至单片机，通过软件对数字量进行处理，将所测值显示在液晶显示屏上，这个方法满足系统对各项性能指标的要求。

1.3.4档位选择模块

方案：采用继电器作为档位开关控制，继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。采用4个继电器分别控制不同电阻测试档位。最主要的优点是继电器的触点电阻很小，毫欧级别，可以满足小电阻测量时的精度要求。

1.3.5显示模块

方案：液晶屏显示信息量大、字迹清晰、稳定，美观、视觉舒适，能够显示图形和汉字，满足本系统的显示要求。

1.3.6电源模块

方案：采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，性价比较高。

1.3.7基准电压模块

基准电压源具有低电压低功耗和低温漂高精度的优点，且是标准CMOS工艺兼容，结构新颖，综合性能优异，完全满足本设计的要求。

1.3.8各模块方案确认

（1）主控模块：选用STC12C60S2

（2）电阻测量方案：电阻测量采用分压测量法。

（3）信号采集模块：信号采集电路选用A/D模数转换LTC1864。

（4）档位选择模块：采用继电器作为档位开关控制。

（5）显示模块：1206液晶屏

（6）电源模块：采用线性直流稳压电源。

（7）基准电压模块：基准电压源。

1.3.9自动电阻测量仪的设计原理框图自动电阻测量仪的设计的原理框图如图1-1

所示。

图1-1 自动电阻测量仪的设计的原理框图

如上图所示，该设计的原理可以概括：上电后，可以通过模式选择开关选择系统是处于

测量模式还是筛选模式。系统处于测量模式时，当测试被测电阻时，通过分压电路和继电器切换电路产生对应的电压值，然后使用A/D转换器模块完成A/D转换，将所获得的数字量送至单片机，通过软件对数字量进行处理，将所测阻值显示在液晶显示屏上。如果被测电阻电阻值超出仪表量程，将启动报警电路；系统处于筛选模式时，先通过键盘输入筛选值和筛选误差，然后测试被测电阻，液晶屏同时显示被测电阻值和筛选值及筛选误差，当被测电阻偏大，液晶屏显示“↑”，当被测电阻满足筛选要求，液晶屏显示“ok”，当被测电阻偏小，液晶屏显示“↓”。

第2章系统理论分析与计算

2.1电阻测量原理

分压即电阻串联分压，在电路中被测电阻R1和一个高精度的已知基准电阻R2串联，并在两个电阻的两端中一端加一个已知的高精度的基准电压V，设R1两端的电压为V1，R2两端的电阻为V2，分压电路图如图2-1，根据欧姆定律，

R1/(R1+R2)*V=V1

化简可得R1=(V1*R2)/(V-V1)

由于V、R2已知，V1由模数转换A/D转换成数字量，经过单片机计算可得出被测电阻的

阻值。图2-1 分压电路图

自动换档原理和每档精确分压电阻的计算方法

换档电路由五个继电器电路组成，换档过程可以概括如下：首先通过单片机将全量程档位接通，对电阻进行一次粗测。然后单片机根据粗测结果，将继电器切换至合适量程的档位，对电阻进行精确测量（其实可以首先用最大电阻档进行粗测，然后换用合适档位即可。这是本设计的方案选取的一个缺陷）。

每档分压电阻的选取直接关系到测量结果的精度，由于被测电阻分得的电压要送往A/D 转换器，为了获得足够的精度，必须保证每档位的最大被测电阻分得的电压至少为基准电压

的90%以上。对于全量程档位的分压电阻除了满足上面条件外，还要保证在每档分界电阻处分得的电压通过A/D转换的数字量变化比较明显，主要是最低档位（0.2-20）。

第3章系统硬件各功能模块的设计

3.1主控模块的设计

3.1.1单串行A/D转换器LTC1864

LTC1864是凌力尔特推出的16位串行模数转换芯片，采用单5V工作电源，并能保证在-40℃- +125℃的温度范围内工作，最大工作电流为850µA,最大采样率250ksps，供电电流随采样速率的降低而减小[6]。

LTC1864与单片机的接口电路见图3-1所示。

图3-1 LTC1864与单片机的接口电路