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2011年电子设计大赛G题简易电阻测试仪.doc
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“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛 2011 年 9 月 2 日
2011 年全国大学生电子设计竞赛
简易自动电阻测试仪(G 题)
【专科组】
TP-01-专-G
2011 年 9 月 3 日
“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛 2011 年 9 月 2 日
I
【摘要】 本设计采用 555 多谐振荡电路把电阻转换成频率信号,把
电阻测量转换成频率测量。然后采用 STC90C51 单片机实现对频率的
测量,并完成测量值的处理、显示、曲线变化以及量程的自动切换。
通过测试,结果表明该样品的功能和指标都基本达到了设计要求,由
于发挥了单片机、硬件结合的特点,因此电路结构简单、性能稳定可
靠。
【关键词】 电阻 STC 单片机 555 多谐振荡电路 液晶显示模块
L298N 步进电机
“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛 2011 年 9 月 2 日
II
目 录
1 预设任务.....................................................................................................................1
1.1 预设任务..........................................................................................................1
1.2 任务指标..........................................................................................................1
2 方案比较与论证.........................................................................................................1
3 电路与程序设计.........................................................................................................1
3.1 电路的设计.......................................................................................................1
3.1.1 系统总体框图.........................................................................................1
3.1.2 单元电路的设计与实现.........................................................................2
3.1.2.1 NE555 多谐振荡器工作原理及测量电阻原理 ............................3
3.1.2.2 阻值显示、自动量程转换以及阻值筛选功能的实现..............3
3.1.2.3 电位器曲线显示..........................................................................3
3.1.2.4 电源..............................................................................................4
3.2 程序的设计.......................................................................................................4
3.2.1 程序功能描述与设计思路.....................................................................4
3.2.2 测频率.....................................................................................................5
4 测试方案与测试结果.................................................................................................5
4.1 测试方案...........................................................................................................6
4.2 测试条件与仪器..............................................................................................6
4.3 测试结果及分析..............................................................................................6
4.3.1 测试结果(数据) ......................................................................................6
4.3.2 测试分析与结论.....................................................................................6
附录 1:电路原理图.....................................................................................................7
附录 2:源程序.............................................................................................................8
“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛 2011 年 9 月 2 日
1
1 预设任务
1.1 预设任务
设计并制作一台简易自动电阻测试仪
1.2 技术指标
(1)测量量程为 100Ω、1k Ω、10k Ω、10M Ω 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)100 Ω、1k Ω、10k Ω 三档量程具有自动量程转换功能。
2 方案比较与论证
电阻测量的方案很多,最基本的就是根据 R 的定义式来测量。根据 R=U/I 求电阻,
这种测量方法要同时测出两个模拟量,不易实现自动化,因此,我们运用所学知识及数
字电子技术并结合当代最新科技成果,设计出几种方案,并进行具体分析后,选取了一
种合理的方案。
方案一 恒流源测低电阻,恒压源测高电阻
恒流源供电,测元件电压,用恒压源供电,测元件电流,从而完成对电阻的测量,但是
很难实现理想的恒流源和恒压源,所以它们适用的测量范围都狭窄。
方案二 转换频率测电阻
很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。基于此思路,
我们把电阻的参数转换成频率信号 ƒ,然后用单片机计数后再运算并求出 R 的值并送显
示,转换原理是 555 多谐振荡器。其实,这种转换就是把模拟量近似地转化为数字量,
频率 ƒ 是单片机很容易处理的数字量,这种数字化处理一方面便于使仪表实现智能化,
另一方面也避免了由指针读数引起的误差。所以,我们采用方案二来完成本设计。
方案三 直流电桥法测电阻
直流电桥法测电阻是最普遍的方法,根据平衡条件及一些已知的电路参数就可以求出被
测参数,用这种方法测量,参数的值还要通过联立方程求解,调节电阻档位一般只能手
动,电桥平衡的判别亦难以用简单的电路实现。这样,电桥法不易实现自动测量和档位
转换。
3 电路与程序设计
3.1 电路的设计
3.1.1 系统方案图
系统总体框图如图 3-1 所示,
“瑞萨杯”全国大学生电子设计竞赛 2011 年 9 月 2 日
2
图 3-1 系统总体框图
3.1.2 单元电路的设计与实现
3.1.2.1 NE555 多谐振荡器工作原理及测量电阻原理
采用 NE555 RC 振荡器产生矩形脉冲,通过施密特整形送入单片机,单片机并测试
频率并根据公式
ƒ=1/0.7(R1+2Rx)*C (R1 和 C 为已知量)
计算出 Rx 的阻值,并通过液晶显示屏输出测量结果。
NE555 多谐振荡器测电阻系统框图如图 3-2 所示
图 3-2 NE555 多谐振荡器测电阻系统
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
U1
NE555
V+5
C1
333
C3
103
C2
201
C0
CAP
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
JK1
JIDIANQI
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
JK2
JIDIANQI
D1
DIODE
D2
DIODE
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
U2
NE555
V+5
C5
333
C7
103
C6
201
C4
CAP
R1
1K
R2
1K
R3
1K
R4
1K
VCC VCC
1
2
J4
CON2
1
2
J1
CON2
1
2
J3
CON2
R5
RES2
R6
RES2
1
2
J2
CON2
C10
104
C11
0.1uF
C12
10uF
A
1
K
2
VD
V+5
VCC
C9
103
C8
103
OUT1
OUT2
OUT1 OUT2
1
2
3
RP2
CON3
1
2
3
RP1
CON3
C13
104
C14
0.1uF
C15
10uF
A
1
K
2
VD2
Q1
PNP1
Q2
PNP1
2
1 3
7805
U4
7805
2
1 3
7805
U3
7805
1
2
J5
CON2
1
2
J6
CON2
ƒ
频率
被测
电阻
555 多谐
振荡器
继
电
器
单
片
机
89S52
量程
转换
阻值显示
频率显示
曲线显示
整形
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阿拉伯梳子
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