简易自动电阻测试仪1(2)

仙桃职业学院

电阻测量仪设计报告

院 系：机械电子工程学院应用电子 班 级：1002 指导老师：刘祖云

设计成员：宇哥

摘要：本次电阻测量仪的设计主要由数控恒流源、跟随电路、放大器、A/D转换、数码管显示、矩阵键盘、电源几部分组成。采用AT89C51单片机作为微控制器，以精密恒流源为核心设计并制作了一个100Ω、1kΩ、10 kΩ、1MΩ四档，其中前三档量程具有自动量程切换功能的电阻测量仪，该测量仪能自动显示小数点和单位。该系统具有实现简单，抗干扰性强，可用于实际进行负载的实时测量等特点。

关键词：AT89C51单片机 数控恒流源 可控增益放大 A\\D转换

一、方案论证与比较

1、主控制器的论证与选择

方案一 ：AVR单片机：AVR单片机具有高速度、低功耗特点，在和51单片机外接相同晶振条件下,AVR单片机的工作速度是51单片机的30~40倍，并且增加了休眠功能及CMOS技术，使其功耗远低于51单片机；AVR单片机是工业级产品具有大电流输出可直接驱动SSR和继电器，有看门狗定时器，防止程序走飞，提高产品抗干扰能力；超功能简洁指令，具有32个通用工作寄存器，相当于51单片机内部32个累加器；具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能；强大的通讯功能，内置了同步串行接口SPI、通用串行接口UAST、两线串行总线接口TWI(I2C)使网络控制，数据传送更为方便；超级保密功能，内部程序可采用多重保护锁功能；

方案二 ：MCS-51系列单片机：89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择

空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

经论证比较，51单片机其功能已足够满足本系统所需单片机的要求，无须使用功能强大、价格昂贵的AVR单片机。故选用51单片机。

2、恒流源的论证与选择

方案一：利用三端可调直流稳压集成芯片，通过调整其输出电压来实现负载的恒流特性。特点：直接利用稳压片提供所需功率，只需要添加相应控制电路即可，但是，其电流调整率指标只能达到0.5%～0.15%。

方案二：采用集成稳压器构成的开关恒流源。图1.3所示是三端集成稳压器构成的开关恒流源。当设定电阻R一定时，电路给负载Ro提供一恒定电流当RL发生变化时，由IC的输入—输出压差进行自动补偿而使负载电流保持不变。

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图1 采用集成稳压器构成的开关恒流源原理框图

方案三:采用集成运放的线性恒流源。LM358构成的比较放大环节，与采样电路进行比较，控制场效应管的栅极电压，调整场效应管的导通角的大小，从而得到相应的电流值。同时单片机控制电流检测模块对输出电流的回路里取样，经AD转换后显示相应的电流值。实现了电压——电流转换。

根据以上比较，我们选择方案三。

3、A/D转换电路

A/D转换器的位数和速度决定了整个系统的检测精确度和速度，A/D的位数越高，系统在测量时的精度就越高。

方案一：ADC0809是八路模拟输入、八位数字量输出的A/D转换器，是采用逐次比较法完成A/D转换的，由单一的5V电压供电，片内带有锁存功能的8路选一模拟开关。

方案二：采用TLC1543。TLC1543是具有多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口技术，性价比高，易于和单片机接口，可广泛应用于各种数据采集系统。

根据以上比较，我们选择方案二。

4、显示电路

方案一：采用LED数码管。其优点是亮度高，显示简单、清晰，性价比高，体积小，但需要额外的驱动电路，占用单片机资源多，显示信息少。

方案二：采用LCD液晶显示模块。其优点是微功耗、体积小，内置驱动电路，接口简单，显示信息量大，字迹美观，但价格较贵。

根据以上比较和实际情况，我们选择方案一。

二、总体框图

精密恒流源输出稳定电流并负载，模数转换器将采集到的负载模拟电压信号转换为数字信号并送入单片机，数字信号经单片机运算处理后则转换为相应的负载阻值，最后在单片机的控制下由液晶显示器实时显示出来。从而完成了对负载阻值的实时测量。

图2 系统总体框图

三、相关电路图及其原理

1、恒流源电路

如图2所示，为恒流源电路，它由稳压管D、LM358、IRF540N以及外围电路组成。其主要功能是恒流并分别输出1mA、1uA的电流，输出1mA、1uA的电流由IRF540N切换。