当前位置:首页 >> 电子/电路 >>

2011年全国大学生电子设计竞赛论文


2011 年全国大学生电子设计竞赛设计报告

简易自动电阻测试仪

论文编号:G 乙 07403 参赛成员: 张 娇





本设计以单片机 STC12C5A08S2 为核心控制器件,由为运算放大器 LM358 和 MOS 管 9540 组成恒流驱动电源给负载供电来获得电压信号送单片机的 A/D 转换;由按键设定要 求筛选的电阻值和误差同时在 LCD12864 上显示;由步进电机驱动电位器转动绘出阻值 和转角变化曲线。测试结果表明,各项性能达到指标。 关键词:单片机 STC12C5A08S2、自动换挡、LCD12864。

1 系统方案
本系统主要由 LCD 显示模块、线性稳压电源模块、恒流驱动电源模块、自动换挡模 块、键盘模块、报警模块、电机驱动模块组成,下面论证这几个模块的选择。系统整体 系统框图如图 1 所示。

12864 液晶显示模块 按键输入 报警模块

电阻采 样电路

STC12C5A08 单片机

电机驱动模块

电机

12864 曲线显示模块 电源模块

自 动量程 转 换模块

图 1 系统框图

1.1 单片机的论证与选择
方案一:使用 AT89S51 单片机。采用传统的 AT89S51 作为控制核心,AT89S51 单片 机具有价格低,使用简单等特点,但功能比较单一。 方案二:使用 STC12C5A08S2 单片机。STC12C5A08S2 是带有 8 通道 10 位 A/D 转换 的 STC 单片机, 具有超强的抗静电能力, 超低功耗、 宽电压等特点。 里面共有 8KB FlashROM 作为程序存储器,同时 E?PROM 容量有 53KB。 由于系统对 10 位的 A/D 和 E?PROM 有要求,故选择方案二。

1.2 电阻采样电路的论证与选择
方案一:串电阻分压采样。该电路结构简单,测量范围大。但精度低,非线性,采 样的电压,单片机很难处理。 方案二:恒流电路采样。被测电阻通过恒流源,电阻的阻值和采样的电压成正比。 该电路结构较复杂,但精度高,线性采样,单片机对采样的信号易处理。本设计要求准 确度误差不低于 1%。故采用此方案。

1.3 显示模块的论证与选择
方案一:LED 数码管显示。数码管直接连接到单片机的 I/O 口进行控制,电路简
1

单,成本较低,但只能显示数字,显示内容基本不可变,而且功耗较大。 方案二:液晶 1602 显示。驱动电压低,功耗微小,可靠性高,可显示数字、字母、 字符等,但不能显示汉字、曲线等。 方案三:液晶 12864 显示。除具有液晶 1602 功能外,还可显示单位、曲线。 由于本设计要求显示单位、曲线等,故选择方案三。

2 理论分析与计算
2.1 电阻测量原理
根据测量的阻值不同,测量的方法也不同。本测试仪在量程为 100Ω ,1kΩ 和 10k Ω 这三个档采用恒流电路采样。通过自动量程转换电路,流过的采样电流分别是 50mA、 5mA 和 0.5mA。单片机分送到单片机识别的电压是: U=I×R I 是采样电流,R 是被测电阻。以 100Ω 为例。电阻最大为 100Ω ,电流为 50mA, 采样电压是 U=50mA×100Ω =5V,正好是单片机采样的最大值。单片机 STC12C5A08S2 内 部有 8 路 10 位 A/D 转换模块,分辨率为 1024,满足设计要求。

2.2 自动量程转换与筛选功能
先让电路设在最大量程即 10kΩ ,此时恒流源的电流为 0.5mA,采样的电压为: U=0.5mA×R,当电阻大于 1kΩ 时,U 大于 0.5V,通过 A/D 转换得到的数字信号大于 100, 此时档位不变。当电阻大于 100Ω 小于 1kΩ 时,采样的数字信号大于 10 小于 100,此 时档位变为 5mA 的恒流源。 当采样信号小于 10 时, 档位变为 0.5mA.这样既保证了精度, 又实现了自动量程转换。 筛选功能电路设为四个按键:设定、移位、加一和确定。按下设定,电路处于设定 状态,此时不在识别被测电阻。在设定状态,共有五个参数可设定,分别是:要求的电 阻值的十位、个位、电阻值的倍乘、误差的十位和误差的个位。通过移位按键可以在这 五个参数之间转换。通过加一按键可以使五个参数从零加到九,再加一又回复到零。按 下确定按键,电路回到被测状态。

2.3 电位器阻值变化曲线装置的分析与计算
电位器阻值变化曲线是通过单片机控制步进电机来实现的。单片机开启步进电机, 使步进电机处于匀速状态,这样电阻也均匀增大,同时等间隔对其电压采样,把采样的 电压数值连续放在 LCD12864 上显示。对应的图形是一条平滑的曲线。

3 电路与程序设计
3.1 硬件设计
3.1.1 线性稳压电源电路原理图 线性稳压电源电路原理图如图 2 所示。该电路采用了高精度线性稳压电源,进一步 提高运算放大器性能,对测量电阻值的精度得到了提高。 选用可调集成稳压器 LM317 和 LM337,调节输出电压采用多只电阻器并联方式,并 采用 1%精度电阻,确保输出电压值的低漂移,能够精确的调节输出电压,经调试,用 4 位半数字万用表测得输出电压为+12.002V 和-12.000V。

2

图 2 线性稳压电源

3.1.2 恒流源及换挡模块电路原理图 恒流源及换挡模块电路原理图如图 3 所示。R1 和 R2 对 12V 的电源进行分压得到 LM358 输入端的电压 U=R1/(R1+R2) ×12=8V.R4、R6 和 R7 的电压是 12V-8V=4V。由于电 阻一定,不管被测电阻怎样变化(不能超出范围) ,流过被测电阻的电流不变,这样电 阻的大小和送到单片机的 A/D 电压成正比,实现了电阻到电压的变化。对于检测得到信 号的不同,对三个继电器分别加以控制,实现自动换挡。

图 3 恒流源及换挡模块电路
3

3.1.3 电机驱动模块电路原理图 电机驱动模块电路原理图如图 4 所示。单片机开启步进电机,使步进电机处于匀速 状态,步进电机驱动电位器转动,这样电阻也均匀增大,同时等间隔对其电压采样。

图 4 电机驱动模块电路

3.2 程序的设计
程序设计流程图如图 6 所示。

开始

系统初始化

按键扫描

数据处理

A/D 采样并处理 数据比较及显示

图 6 主程序流程图

4

4 测试方案与测试结果
4.1 电阻测试结果
100Ω 档信号测试结果如表 1 所示: 表1 电阻值 测量值
5.1 5.11 10 10.1 22 22.1 33 33.0 47 47.2

(单位/Ω )
51 51.2 82 82.3

1KΩ 档信号测试结果如表 2 所示: 表2 电阻值 测量值
100 99.8 220 218 330 329 470 470 510 512

(单位/Ω )
680 683 820 822

10KΩ 档信号测试结果如表 3 所示: 表3 电阻值 测量值
1 1.00 2.2 2.21 3.3 3.30 4.7 4.72 5.1 5.50

(单位/KΩ )
6.8 6.82 8.2 8.23

10MΩ 档信号测试结果如表 4 所示: 表4 电阻值 测量值
0.1 0.10 0.51 0.52 1 1.04 2.2 2.23 5.1 5.13

(单位/MΩ )
6.8 6.85 8.2 8.23

4.2 自动筛选功能
通过按键键入所需电阻阻值及设定误差值,经本仪器检测,测量结果如表 5 所示。 当被测电阻不符合要求时,报警灯闪亮。 表5 电阻值(Ω ) 误差(%) 是否符合要求
33 10 51 10 330 10 510 10 5100 10 51000 10 510000 10 5100000 10
















5

4.3 测试分析与结论
根据上述测试数据,得出以下结论: 1、由表 1、表 2、表 3、表 4、表 5 知,本仪器精确度在 1%内,达到设计要求。 2、100Ω 、1KΩ 、10KΩ 范围内任意电阻阻值均能准确测量,量程自动转换。 4、当被测电阻不符合要求时,报警灯闪亮,符合要求时,报警灯不亮,该装置具 有自动筛选功能。 5、液晶 12864,可显示曲线或阻值、误差值等,达到显示功能。 综上所述,本设计达到了设计要求。

6


赞助商链接
相关文章:
2011年全国大学生电子设计竞赛论文A题电源类
2011年全国大学生电子设计竞赛论文A题电源类 - 2011 年全国大学生电子设计竞赛 开关电源模块并联供电系统(A 题) 【本科组】 2011 年 9 月 3 日 摘 要 对于...
2011年全国大学生电子设计竞赛论文--B题目_图文
2011年全国大学生电子设计竞赛论文--B题目_工学_高等教育_教育专区。2011年全国大学生电子设计竞赛论文 2011 年全国大学生电子设计竞赛 基于自由摆的平板控制系统(B...
2011全国大学生电子设计竞赛论文_C题_智能小车(含程序)
2011全国大学生电子设计竞赛论文_C题_智能小车(含程序)_电子/电路_工程科技_专业资料。智能小车(含程序 全国大学生电子设计竞赛 2011 年 智能小车(C 题) 【本科...
2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评题论文报告
2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评题论文报告_调查/报告_表格/模板_应用文书。2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评题今日推荐 157...
2011年全国大学生电子设计竞赛获奖论文初稿——并联直...
2011年全国大学生电子设计竞赛获奖论文初稿——并联直流供电电源_信息与通信_工程科技_专业资料。2011年全国大学生电子设计竞赛获奖论文——并联直流供电电源 ...
全国大学生电子设计竞赛论文模板
全国大学生电子设计竞赛论文模板 - 2017 年全国大学生电子设计竞赛 XXXXXXXXXXXXX(X 题) 【本科组】 2017 年 9 月 7 日 摘 要 本系统以飞思卡尔单片机...
全国大学生电子设计大赛论文_图文
全国大学生电子设计大赛论文 - 智能小车 摘要 本设计分为三个模块,PWM驱动电路模块, 光电传感器模块,处理器模 块。左右轮的PWM驱动电路用于控制小车前进过程中的,...
2013年全国大学生电子设计竞赛论文_图文
2013年全国大学生电子设计竞赛论文 - 2013 年全国大学生电子设计竞赛 射频宽带放大器(D 题) I 摘 要 随着信息化时代的到来, 对于高频宽带放大器的要求越来越高...
2015年全国大学生电子设计竞赛论文(2)
2015 年全国大学生电子设计竞赛 论文 B 题:风力摆控制系统的设计 2015 年 8 月 15 日 摘 要 该系统以高速单片机 STC89C52RC 为控制核心,主要由物理框架、 ...
全国大学生电子设计竞赛论文
全国大学生电子设计竞赛论文_电子/电路_工程科技_专业资料。单片机设计 2013 年全国大学生电子设计竞赛 简易照明线路探测仪(K 题) 【专科组】 2013 年 9 月 7 ...
更多相关标签: