2022年简易电阻自动测试仪大学设计方案.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用简易自动电阻测试仪设计报告摘要电阻测试仪,是电子器件测量、分选不行缺少的工具,主要用于测试变压器、电机、互感器等设备的直流电阻,具有不受电抗影响、测量精度高、测试速度快及可用于便利地进行分选特点;简易自动电阻测试仪是以51 单片机为核心,其工作原理是掌握可控恒流源输出电流流经被测量 电阻, 将 被测量 电 阻两端的电压经 过调理并送至由ICL7135 构成的 AD电路,被测信号经 值;AD 转换送至单片机得出被测量电阻的阻本仪器有四档恒流源分别对应四个量程,通过单片机发送量程信号可以方 便地进行量程的切换;显示及按键模
2、块采纳动态扫描方式,在程序中通过定时器自动扫描显示及键检测可自动显示小数点和单位以及进行各种特效显示;关键词: 电阻测试仪,单片机,可控恒流源,ICL7135,程控放大器名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用一、概述 1.1 课题要求 1、基本要求1)测量量程为100 、1k 、10k 、10M 四档;测量精确度为1%读数 2 字);2)3 位数字显示 最大显示数必需为999),能自动显示小数点和单位,测量速率大于 5 次/ 秒;3)100 、1k 、10k 三档量程具有自动量程转换功能;2发
3、挥部分 1)具有自动电阻挑选功能;即在进行电阻挑选测量时,用户通过键盘输 入要求的电阻值和挑选的误差值;测量时,仪器能在显示被测电阻阻值的同 时,给出该电阻是否符合挑选要求的指示;2)设计并制作一个能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线的帮助装置,要求曲线各点的测量精确度为5%读数 2 字) , 全程测量时间不大于 10 秒, 测量点不少于 15 点;帮助装置连接的示意图如图 1 所示;3)其他图 1 帮助装置连接示意图 1.2 课题分析 依据上述要求可知,系统中需要含有一个智能掌握核心,本设计拟采纳以51 单片机作为系统的掌握核心;采纳单片机掌握单刀多掷开关实现不同阻值量名师归纳总结
4、程的档位切换;由要求其次点可知,系统采集数据的速率要大于5 次/ 秒,即第 2 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用系统中用于数据采集的模数转换器的采样速率要大于肯定值;由单片机掌握显 示器显示数字、小数点及单位;掌握单元依据采集到的数据判定是否在临界点 上,假如在临界点上,就掌握量程自动切换,为防止数据大幅跳动,切换过程 具有迟滞效应;电阻自动挑选功能,可由单片机核心掌握程序实现,依据按键设定的输入数据,将测得的数据与设定值进行比较,电阻值在答应误差范畴内,显示合格,超出答应误差范畴,显示偏高或偏低,并发出报警
5、;帮助装置的设计与制作,将电机与电位器轴承连接起来,让电位器随电机转动 而转动,电机由帮助装置的单片机掌握,电阻测试仪通过串口将所测阻值传送 给帮助装置中的单片机,该单片机依据相应数值驱动液晶屏描点,显示电位器 随电机转动的阻值变化曲线;二、方案设计 原理说明及选用依据)21 方案挑选 本课题一般有两种方案可实现;方案一:电桥法测电阻基本电路原理图如下:图 2 电路由 R1、R2、R3 及待测电阻Rx 组成电桥, R1、R2、R3 的阻值均为已知,如 Vcc 为固定已知值,就 B 点电位也为固定已知值; A 点电位随 Rx 变化而变化,通过差分放大器U1读出 UAB,依据 VA=UAB-VB可
6、求出 A 点电位,由上面名师归纳总结 原理图可知 Rx=,就可以得出待测电阻Rx的阻值;第 3 页,共 24 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用方案中要求 Vcc 及 B 点电位很稳固,因此就需要R1、R2、R3 的阻值很稳定,这样它们的精度要求就比较高;要求 VCC很稳固,对电源的要求就比较 高,实际操作中,稳固的电源电压不易实现,而且电阻存在温漂问题,所以要 求 Vcc 及 B 点电位很稳固实际操作起来比较困难;方案二:恒流法测电阻系统框图如下:图 3 如图 3 所示,可控恒流源模块给待测电阻Rx 供应恒定电流 Is,R
7、x 上即产生电压 Ux,通过 A/D 由单片机读出电压 Ux,依据 Rx=Ux/Is 得出 Rx 阻值;此方案精度可以做得比较高,实际操作难度适中;故本课题选方案二进行电路设计;22 元器件选型及主要器件介绍本系统中单片机采纳宏晶科技的 用的运算放大器为直流性能特别优越的STC89C52,可控恒流源及程控放大器中采 OP177,为了确保可控恒流源供应的电流 稳 定 , 系 统 中 采 用 的 电 流 基 准 电 阻 均 为 0.5%精 度 , 模 数 转 换 器 采 用 ICL7135,显示电路由四位数码管及相关的发光二极管组成,输入设备由 10 个 按键构成,帮助装置中的电位器采纳上海新跃外
8、表厂生产的 WDD35D4 下面对主要元器件进行介绍:,价格低的优点;其转换速度与时钟频率相关,每个转换 周期均有:自校准 调零 ,正向积分 被测模拟电压积分 ,反向积分 基准电压积分 和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001 个脉冲,正向积分时名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用间为 10000 个脉冲,反向积分直至电压到零为止 最大不超过 20001 个脉冲 ;故设计者可以采纳从正向积分开头计数脉冲个数,到反向积分为零时停止计数;将计数的脉冲个数减 10000,即得到对应的模拟
9、量;图 1 给出了 ICL7135时序,由图可见,当 BUSY变高时开头正向积分,反向积分到零时 BUSY变低,所以 BUSY可以用于掌握计数器的启动 / 停止;图 1 1CL7135 时序ICL7135 为 DIP28封装 , 芯片引脚排列如图 2 所示:图 2 1CL7135 芯片引脚ICL7135 主要参数:V+ +6V 温度范畴0 to 70 电源电压模拟输入电压V- -9V 热电阻PDIP封装 qJA/W 55 V+ to V- 最大结温150参考输入电压V+ to V- 最高储存温度范畴- 65 to 150 时钟输入电压GND to V+ 2)超高精度运算放大器 OP177OP1
10、77 是目前精度性能最高的运算放大器之一;失调电压在室温下的最大值仅为 25 V;OP177 的超低 VOS 结合杰出的 0.1 V/ C失调电压漂移最大值,无需进行外部 VOS 调剂,从而可提高整个温度范畴内的系统精度;OP177 在整个 10 V 输出范畴内的开环增益维护在12 V/ V;这款运算放大器的性能极其杰出,例如 CMRR 最小值可达 130 dB, PSRR 最小值可达120 dB,电源电流最大值可达 2 mA;诸多优异的规格参数可确保 OP177 在高闭环增益应用中的精确性能;作为低噪声、双极性输入运算放大器,OP177 也是斩波稳固放大器的经济替代方案;在供应斩波器级性能的
11、同时,它没有噪声高、低频斩波器尖峰、物名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用理尺寸过大、共模输入电压范畴有限和外部储能电容器体积过大等常见问题;OP177 的温度范畴为 - 40C 至+85 C 扩展工业温度范畴;该产品供应 8 引脚 PDIP 封装及节约空间的 8 引脚 SOIC 封装;3)精密导电塑料电位器为了确保帮助装置中电位器的精度和线性度,故而本电路中采纳上海新跃外表厂生产的高精度导电塑料角位移传感器,型号为 WDD35D4.WDD35系列精密导电塑料电位器使用领域广泛、产品特别类型
12、许多,有单联、双联、长轴、短轴、复位等多种类型,通过输出电压来掌握角度偏移量,产品线性精度高,电气性能稳固,广泛应用于纺织机械、航空、航天、军事、电工、电子及仪器外表等领域;主要参数:标称阻值 5K总阻值公差 精度级 15% 理论电旋转角 345o 5 o机械转角 360 o连续)辨论力 无限三、电路设计名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.1 主控电路设计3.1.1MCU及外围电路设计本系统以 51 单片机为核心,通过掌握移位寄存器74HC595挑选不同的基准电流去驱动待测电阻,利用模拟
13、开关 CD4052实现程控放大器放大倍数的切换;从单片机 ALE端输出时钟信号,经过由74ALS163和 74ALS00组成的分频电路得到快速和慢速两种ADC的读取时基信号;被测电阻Rx 上的电压 Ux 经过 ADC ICL7135 由单片机读取出来,最终通过74HC573 驱动数码管将测量出来的阻值显示出来;相关参数设置可通过按键操作实现,一些设置好的参数储备在 EEPROM 24C02中;电阻分选过程中检测到不符合要求的电阻时,报警电路会给 出相应提示;名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使
14、用图 4 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.1.2 测量速度挑选电路设计ICL7135 的采集速率由同步时钟打算,本系统采纳快速采集和慢速采集两种采集速率,快速采集时钟为500KHz,对应采集速率为12.5 次/ 秒,慢速采集时钟为 250KHz,对应采集速率为6.25 次/ 秒,相对于快速采集精度较高些;该时钟由单片机ALE端供应, ALE 端输出脉冲频率为2MHz,经过同步二进制计数器 74ALS163分频得到 500KHz和 250KHz,由单片机依据不怜悯形挑选不同的采 样速率
15、;图 5 中 74ALS00 构成互锁电路,即挑选 500KHz 时, 125KHz 不会输 出,也就是任意时刻只能有一种采样速率;如图 5 所示)图 5 3.2 模拟部分电路设计3.2.1 电源电路设计 电源模块给系统供应12V、 8V 和 5V 的直流稳压电源;其中12V 是 给恒流源电路供电的,8V给程控放大器供应工作电压,5V是模数转换电路 的供电电源, +5V仍给单片机及外围数字电路供电;名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 6 3.2.2 程控放大器设计如图 7 所示,通过单片
16、机掌握模拟开关CD4052挑选不同的比例关系的确能够相应的放大倍数 Y0:A=1,Y1:A=10,Y2:A=100 ),运放采纳直流性能优越的OP177,由 LF356组成低阻输出电路构成程控放大器的反馈环路,使得程控放大器免受外界干扰,从而提高电路的稳固性;图 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2.3 模数转换电路设计ICL7135 的一般接法占用8 条以上的端口线,对单片机资源的占用比较大;因此我们采纳一种利用 BUSY信号特点的转换方式,由 BUSY口连接到单片机上,从单片
17、机上直接得出数据,大大削减了对单片机资源的占用;ICL7135与单片机连接,采纳计数法进行A/D 转换,利用单片机内部的计数器,大大提高了测量精度; 如图 8 所示)图 8 3.2.4 恒流源电路设计如图 9 所示,由 R2、R3、R4、R5 及运放 U2 构成反馈回路,将电流基准电阻 Rs 上流过的基准电流Is 以电压的形式反馈到比较放大器U1输入端与基准电源 Vref 进行比较, C1为积分电容,与运放U1组成比例积分掌握电路,掌握输出电流使其稳固;通过转变电流基准电阻 Rs 的阻值可以转变输出电流 Is ,本设计采纳 MOS管构成的电子开关实现不同阻值的电流基准电阻的切换,从而根据待测电
18、阻的阻值范畴挑选不同的输出电流,以提高待测电阻的测量精度;名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 9 3.3 显示和按键电路设计这部分电路由三态数据缓冲器74HC573作为数据端口驱动,数码管及发光二极管显示采纳动态扫描方式,采纳74LS145作为数码管和按键的片选掌握;电路原理图如图 10 所示)名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 24 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 10 名师归纳总结 - - - - - - -第
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