1、淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文毕 业 论 文题目 基于单片机的毫欧表设计姓 名 朱应朋 学 号 0903210142系（院）电子系 班 级 P08 电气 2 班指导教师 王正德 职 称 讲师2011 年 4 月 18 日淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 1 -目 录摘 要 .2ABSTRACT .3第 1 章 绪论 4第 2 章 方案选择 52.1 电阻测量方案 52.1.1 方案一 比较法测电阻 .52.1.2 方案二 替代法测电阻 .52.1.3 方案三 直流电桥测电阻 .62.1.4 方案四 伏安法测电阻 .62.2 压控恒流源方案 .62.2.1 方案一 62.2.2
2、方案二 62.2.3 方案三 6第 3 章 模块设计 73.1 数控恒流源 .73.2 电压放大模块设计 .83.3 AD 转换与单片机处理 .93.4 DA 转换 .93.5 按键的输入及数码管的显示输出 .9第 4 章 软件设计 .104.1 主程序流程图 10第 5 章 系统功能，指标参数 .115.1 系统实现的功能 115.2 测量电阻方法 115.3 实际测试结果 115.4 对测理结果的分析 13结束语 14参考文献 15致 谢 .16淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 2 -摘 要基于 AT89S52 单片机的毫欧表设计是采用伏安法测量电阻。采用 TLC5615 数模转换
3、芯片和 LM358 运算放大器及三极管 TIP41 构成的压控恒流源提拱恒定的电流。测量电阻时可选择的电流分别为 1mA，10mA，100mA。测量电阻的量程分别为 40.00、4000m、400.0m。测量的电压信号通过 LM358 运算放器放大 100 倍后经过 TLC1549 模数芯片传入单片机进行计算处理并在数码管上输出电阻值。关键字：毫欧表 压控恒流源 淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 3 -ABSTRACTBased on the baekho Europe AT89S52 SCM by voltammetry table design is measuring the r
4、esistance. Using TLC5615 analog-to-digital conversion chips and LM358 operational amplifiers and transistor consists of TIP41 voltage controlled constant-current source mention arch constant current. When the resistance measurement can select 1mA 10mA respectively, current, 100mA. Resistance measure
5、ment range , respectively, 4000m 40.00 per day 400.0 m. Measuring voltage signal through LM358 operation is magnified 100 times put TLC1549 modulus chip after calculated processing and introduced into SCM in digital tube output resistance! Key word: baekho uefa table press control constant current s
6、ource 淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 4 -第 1 章 绪论采用伏安法测电阻，通以恒定的电流，测量电阻上的电压。因为 URI由于电阻为毫欧，如果电流为毫安的话，则所得的电压值很小，难以通过 ADC 识别出来。可以采用大电流的方法和把电压信号放大的方法来使 ADC 芯片识别出来并由通过单片机计算得出电阻值。采用大电流的话，由于很多小电阻无法承受较大的电流，通过电阻的电流较大时，产生的热量也多，会带来较大的误差。所以采用把电压信号放大的方法，把微小的电压信号放大后经过 AD 转换，把信号送入单片机，然后由单片机计算并显示出电阻值。测量范围 测量电流 最大输出电压 电压放大 100
7、倍40.00 1mA 40mV 4V4000m 10 mA 40mV 4V400.0m 100 mA 40mV 4V上图为测试电阻的范围及测量时的电流：淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 5 -第 2 章 方案选择2.1 电阻测量方案2.1.1 方案一 比较法测电阻在乙图中,K1 闭合，K2 断开测得 U1;K1 断开，K2 闭合测得 U2，使用条件：在乙图中应保证 AB 间电压恒定。上图中的比较法测量电阻值的阻值非常小时，电阻 R0 难以选取。并且要用电压表测量两处电阻的电压。其中的导体接触间的电阻也会对测量结果造成一定的误差，并且对电压表的要求高。没有采用此方案。2.1.2 方案二
8、替代法测电阻步骤：K1 打开，K2 接 1，调节 R1 为最大，电阻箱 R0 为最大。闭合 K1。调节 R1 使、指针指在 2/3 处，读数。K2 接 2，保持 R1 不动，调节 R-0，使、读数不变。RX=电阻箱读数。条件：被测量的部份电路电流或电压不变。上图但不适合于测量小电阻。因为电阻箱的阻值一般都较大。测量的电阻精度低。淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 6 -2.1.3 方案三 直流电桥测电阻直流电桥又分直流单电桥和直流双电桥。采用上面的两种方法时要用很多操作需要手动操作，并且对元件选取要求高，是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以达到数控的目的，但数字电位器的每一级步
9、进电阻比较大，调节困难，需要采用数控电阻，用单片机处理计算杂复并且测量时操作不方便。2.1.4 方案四 伏安法测电阻 采用伏安法测量电阻时，恒流源电路产生恒定的电流源通过被测电阻 Rx,只需要测量出Rx 上的电压大小，然后用 RxU / I 即可算出电阻的阻值大小。方便单片机进行处理。实际操作起来相对也比较简单。方案四,操作简单，计算方便。精度比方案一和方案二高，但操作和计算比方安三更简单和方案。所以采用方案四伏安 法测电阻。2.2 压控恒流源方案2.2.1 方案一 IU/（R1+R2）,若 R1R2，则电流 I 约为 IU/R1；可以采用一个恒定的电压，然后除以一个大电阻，测试时由时所测的电
10、阻很小，基本上可以看作电流是恒定的。但这种方案测量的电阻阻值越大，电流变化较大，电流精度不高。2.2.2 方案二 采用恒流二极管或者恒流三极管，精度比较高，但这种电路能实现的恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目的要求。2.2.3 方案三压控恒流源，通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过 D/A 转换转变成模拟信号，再送到运算放大器和大功率三极管进行放大输出电流。该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作，故选择此方案。原理图如下面的数控恒流源中的原理图。淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文
11、- 7 -第 3 章 模块设计3.1 数控恒流源数控恒流源为电阻测量提供恒定的电流。单片机由测量所需的电流而控制输出恒定电流的大小。实际电路中采用的三极管为 TIP41，三极管本身在这里不具备控制电流大小的作用，但是起到驱动和扩流的作用。前面是一个电压跟随，后面一个负反馈。R9 上的电压为输入的电压 Vin。理论计算I1=VR1/R1=(Vi-V+)/R1 ；I2=VR2/R2=(V+-Va)/R2 ；因为 I+=0,得 I1 =I2 所以 Va=(V+-Vi)R2/R1+V+；I3=VR3/R3=V-/R1 ；I 4=VR4/R4=(VO-V-)/R4 ；因为 I-=0,得 I3 = I4
12、所以 VO=V- (R3/R4+1)；淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 8 -从而可得 R5 上电压为 UR5V O - Va =（R 4/R3）V - - （R 2/R1）V + +(V-V+）+ （R 2/R1）Vi ，若 R2=R1,R3=R4,且 V -V + 则 UR5V i（输入电压）假设 I5=IL 可得 VA/RLVI/R5 ，由上式的 Va=(V+-V-)R2/R1+V+；及 R2=R1；可得 （V+ - V-）/RLVi / R5 即（V+/V-）-1 RL/ R5；当 V+R5, R3+R4RL,时可满足 RL 上电流恒定。3.2 电压放大模块设计需要把测量到的直
13、流电压信号放大 100 倍后，即可传给 AD 芯片再由单片机处量。原理图如下 通过调节 R2 与 R1 的比值即可以改变电压放大倍数。上图为 LM358 的 PDF 里提供的电路原理图，实际电路中采用的电阻 R21M，R1 由3296 电位器构成，阻值调成 10K。上图是采用的单个运算放大一百倍。也可以采用两个运算，每个放大十倍。实际电路制作过程中，上面两种方法都进行测试，发现采用单个运算放大一百倍效果相对要好。所以实际电路中是采用的单个运算放大 100 倍的方法。淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 9 -3.3 AD 转换与单片机处理电阻测量所取得的电压信号放大 100 倍后，通过 A
14、D-IN 传入 ADC 转换芯片。再由单片机计算，用所得的电压除以测量时恒定的电流可得电阻的阻值大小，但此时的电阻阻值还不是实际所测得的电阻阻值，因为电压是放大一百倍后所得的。所以结果应缩小 100 倍即可得到真实的电阻阻值大小。3.4 DA 转换由单片机控制 DAC5615 芯片分别产生 40mV、400mV、4000mV 的电压即可获得需要测量的电流分别为 1mA (40mV/40)、10mA (400mV/40)、100mA (4000mV/40)。实际电路中只需要选择好相应的电阻测量范围即可。不需要手机选择测试电流，电流将由单片机控制电压控制电流源电路输出所需要的电流。3.5 按键的输
15、入及数码管的显示输出采用了串行接口 8 位 LED 数码管及 64 键键盘智能控制芯片 HD7279 芯片来处理按键的输入及位数码管的输出显示。本电路只采用了 44 的按键及位数码管显示输出。淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 10 -第 4 章 软件设计4.1 主程序流程图淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 11 -第 5 章 系统功能，指标参数5.1 系统实现的功能（1） 电阻的测量，测量电阻范量为 0.1m40。(理论值可达到 0.1m)（2） 产生方波，正弦波，方波，锯齿波。（3） 时钟的显示功能。并可调整时间。（4） 测量 0-4V 间的直流电压值。（5） 压控恒流源 输
16、入 0-4V 的电压，产生恒定的电流为 0-100mA。5.2 测量电阻方法用小鳄鱼夹接好电阻，选估计被测电阻的范围，再按下按键来选择测试的电流。其中，在 100mA 电流(按键 3)中设了自动调零技术。可以选用把测试导线直接短接后，选按下数字键，再按一下自动调零按键（数字 0）即可。测量出的电阻显示的是，测量值减去导线间的电阻值。注意：1,必须在测试之前,确定被测电阻可以安全流过最大测试电流!尤其在使用 0.4 （100mA）档时! 2,调零时，先把两根测试导线短接。按下要用的量程键（数字键 3）之后，再按下调零键（数字键 0）。此时，数码管会显示出当前导线间的电阻值一秒钟并保存。再按下量程
17、键（数字键 3）即可进行测量。5.3 实际测试结果被测电阻全部为四色坏的碳膜电阻。0.24、2、2.2、3.9由于测试时电阻有限，所以下面测试中部分电阻阻值是采用以上电阻串联或并联起来作为一个被测电阻。三个量程测试的数据分别如下：1mA 电流的量程，测得电阻阻值如下表量程 电阻标称值 测量电阻值绝对误差 相对误差 %淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 12 -1mA 40 1 0.99 0.01 1.00 1mA 40 2 2.11 0.11 5.50 1mA 40 2.2 2.06 0.14 6.36 1mA 40 3.9 3.88 0.02 0.51 1mA 40 4 4.04 0.
18、04 1.00 1mA 40 6 6.28 0.28 4.67 1mA 40 8 8.45 0.45 5.62 1mA 40 10 10.56 0.56 5.60 1mA 40 12 12.88 0.88 7.33 1mA 40 14 13.94 0.06 0.43 1mA 40 16 16.34 0.34 2.13 1mA 40 18 18.82 0.82 4.56 1mA 40 20 20.74 0.74 3.70 1mA 40 22 22.78 0.78 3.55 平均 3.71 10mA 电流的量程，测得电阻阻值如下表量程 电阻标称值 测量电阻值绝对误差 相对误差 %10mA 4 0.
19、12 0.12 0 0.00 10mA 4 0.24 0.24 0 0.00 10mA 4 0.48 0.508 0.028 5.83 10mA 4 0.72 0.768 0.048 6.67 10mA 4 1 1.024 0.024 2.40 10mA 4 2 2.052 0.052 2.60 10mA 4 2.2 2.216 0.016 0.73 10mA 4 3.9 3.928 0.028 0.72 10mA 4 4 4.048 0.048 1.20 平均 2.24 100mA 电流的量程，测得电阻阻值如下表淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 13 -5.4 对测理结果的分析1 在
20、采用 1mA 电流测试时，当被测电阻小于 2 时，所得的测试结果平均比电阻标称值要小 0.23。当被测的电阻大于 14 欧时，所得的测试结果平均比电阻标称值要大 1.38。在编程中对上面问题进行了软件修正。2 分析原因，当测量电流为 1mA，电阻小于 2 欧时，产生的电压也小于 2mV。由于 LM358器件原因，而使得输出结果小 0.23。被测电阻大于 14 欧时，所得结果偏大的原因，估计由时测试时的 14,16,18,20,22 的电阻都是由一单独阻值为 2 的碳膜电阻串联而成的。在两电阻间的接触处没有用电烙铁等工具焊接起来，而且直接用把电阻引脚绑定在一起。每个电阻连结处的电阻给测量结果带来
21、的较大的偏差。3 测试结果表明,所测得的电阻在一定程度上与电阻本身标称值相同,当工作电流太小，或在比较大的电流范围时误差有所增加。引起这些误差的因素是多方面的，主要由测量仪器的系统误差以及电阻采用的是四环的碳膜电阻受温度影响较大，电流源工作在大电流时受温度影响所致。4 本系统如果采如精度更高，温度特性更好的电阻和导线，可提高测量的精度。量程 电阻标称值 m 测量电阻值 m 绝对误差 相对误差 %100mA 0.4 60 61.4 1.4 2.33 100mA 0.4 80 83.5 3.5 4.38 100mA 0.4 120 125.4 5.4 4.50 100mA 0.4 240 255.
22、8 15.8 6.58 平均 4.45 淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 14 -结束语在制作毫欧表的过程中，我深切的体会到电路理论与实际相结合的重要。以及用电脑软件仿真与电路理论及电路实际的不同。自己制作过程是先实际再理论最后再实际的过程。自己最初制作的毫欧表是采用的是稳定的电压除以大电阻的恒流源方案。测量的结果不是很稳定。而且每次换量程时还需要手动改变电流，操作繁琐。后面打算单片机通过控制继电器来改变电流开关。需要占用较多的单片机资源。而且成本增加。后面发现了压控恒流源方案来恒定电流，接着花了很长时间查资料学习及实验采用的压控恒流源的方法来提拱恒定的电流。在整个制作过程中，主要是离
23、不开上学期电子培训课上老师所教的知识及提供的条件，让自己学到了更多的知识。其次是网上电子爱好者及电子类的论坛给了自己很大的帮助，在整个制作过程中所遇到的问题大部分是通过网络上虽互不认识但都爱好电子的电子爱好者给予的解答。用途：测量直流类 m数十 的小电阻,主要用于电动机,扬声器,继电器等线圈的直流电阻,由于它们的直流电阻数值不大,普通万用表实际很难测量到准确读数.使用毫欧表可以解决大部分这种测量.淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 15 -参考文献1 赛奎春.JSP 信息系统开发实例精选.北京：机械工业出版社，20052 闫静等.Dreamweaver 与 JSP 动态网页基础与范例.北
24、京：机械工业出版社，20043（美）乔伊.面向对象的系统分析与设计. 北京：清华大学出版社，20054 李劲.SQL Server2000 数据库设计与系统管理. 北京：清华大学出版社，20015 吕少华.WEB 数据库开发与应用. 北京：科学出版社，20016 石志国.JSP 动态网站编程. 北京：清华大学出版社，20017 张峰岭.数据库应用的需求分析研究. 北京：计算机工程与应用，20028 张巍.JSP+SQL Server 网络应用系统开发与实例. 北京：人民邮电出版社，20049 赵松涛.SQL Server 2000 应用及实例集锦. 北京：人民邮电出版社，200210 李华斌.
25、Active Server Pages 实用教程. 北京：中国水力水电出版社，200011 谭浩强.网页编程技术与实例. 北京：电子工业出版社，200412 石志国.JSP 精解案例教程. 北京：清华大学出版社，200313 徐世河.管理信息系统设计教程. 北京：电子工业出版社，200314 沈军.程序设计方法解析Java 描述. 北京：清华大学出版社，200315 耿祥义.ASP 实用教程北京：清华大学出版社出版，200416 齐治昌.软件工程北京：高等教育出版社，2004 17 萨师煊.数据库系统概论(第三版)北京：高等教育出版社，2004 18 杨昭PowerBuilder 对象与控件技
26、术详解北京：中国水利水电出版社，2004 19 Shari Lawrence Pfleeger. Software Engineering Theory and Practice（第二版影印版）. 北京：高等教育出版社，2002 年 4 月。28MapInfo Corporation.MapX Developer Guide V4.5M.US:MapInfo Corporation20 李拥军.基于 World Wide Web 远程测试的研究与实现.现代远距离教育.2000（75）：41-44. 淄 博 职 业 学 院 毕 业 论 文- 16 -致 谢本论文的研究工作是在讲师王正德老师的悉心指导下完成的，从论文的选题至最后的定稿都凝聚了老师大量的心血和汗水。老师严谨求实的治学态度、平易近人的风格、勤勤恳恳的工作作风、博大精深的理论造诣和正直为人的高尚品德深深地感染着学生，一直是学生奋发钻研的源泉。值此论文完成之际，谨向老师致以最崇高的谢意！感谢那些曾经帮助过我的老师、同学和朋友们！正是由于各位老师的倾心指导、谆谆教诲，各位学友的鼎力帮助，使我得以顺利完成学业，走向新的历程。感谢在百忙中评审论文和参加答辩的专家与评委们！
