基于單片機STC89C52的電阻測量系統(tǒng)設(shè)計

張常友

摘 要：本系統(tǒng)以單片機STC89C52為數(shù)據(jù)處理和控制芯片，采用恒壓源給待測電阻提供穩(wěn)定電壓，通過采樣待測電阻Rx上的電壓值，經(jīng)放大后送至A/D轉(zhuǎn)換，然后送人MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將測量結(jié)果通過LCD12864液晶顯示。該測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)1Ω～10MΩ電阻量程的自動切換、自動篩選，并且可以對電位器的阻值變化進(jìn)行掃描測試，并將測試得到的曲線在LCD12864液晶顯示。

關(guān)鍵詞：恒壓源；單片機；A/D轉(zhuǎn)換

隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件種類增多，電阻作為各類電子元器件中用量最多的器件，它的精確與否對產(chǎn)品的性能影響很大，現(xiàn)在的一些精度高的電阻測量儀器價格偏高或者操作復(fù)雜。本系統(tǒng)采用通用單片機STC89C52實現(xiàn)1Ω～10MΩ電阻量程的自動切換、自動篩選，在自動篩選功能上可以實現(xiàn)測量范圍設(shè)定，對不滿足產(chǎn)品要求的電阻能夠聲音報警；對電位器的檢測可以在液晶顯示器上畫出阻值變化曲線，能方便的檢測出電位器阻值變化是否符合產(chǎn)品設(shè)計的需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集單元采集到待測電阻上的電壓值，然后經(jīng)運放OP07放大后送入A/D轉(zhuǎn)換單元，由高精度12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543來完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并送入MCU處理器處理后送到顯示系統(tǒng)。

1.1 MCU處理器的選擇

系統(tǒng)選用STC89C52作為MCU處理器，其主要特點：STC89C52與MCS-51系列的單片機在指令系統(tǒng)和引腳上完全兼容是一種低損耗、高性能、CMOS構(gòu)架的八位微處理器，片內(nèi)有4k字節(jié)的在線可重復(fù)編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復(fù)寫入/擦除1000次，而且擦寫時間僅需10毫秒，并能將數(shù)據(jù)保存時間為十年。只要程序長度小于4K，四個I/O口全部提供給用戶。可用5V電壓編程，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領(lǐng)域。工作電壓范圍寬（2.7V～6V），全靜態(tài)工作，工作頻率寬在0Hz～24MHz之間比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有靈活性，系統(tǒng)工作頻率能快能慢。

1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇

根據(jù)測量的精度和端口的要求，系統(tǒng)選用TLC2543作為A/D轉(zhuǎn)換器。TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程，工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時間，11個模擬輸入通道，3路內(nèi)置自測試方式，采樣率為66kbps，線性誤差±1LSBmax，有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC，具有單、雙極性輸出，可編程的MSB或LSB前導(dǎo)，可編程輸出數(shù)據(jù)長度。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機I/O資源；且價格適中，分辨率較高，因此在儀器儀表中有較為廣泛的應(yīng)用。

2 主要硬件電路設(shè)計

2.1 自動檔位切換電路設(shè)計

因為從1Ω～10MΩ電阻阻值跨度太大，為了測量的準(zhǔn)確度，設(shè)計中利用繼電器實現(xiàn)檔位的自動切換。電路采用LM7805構(gòu)成恒壓源，R1，R4為兩個高精度基準(zhǔn)電阻，RX為被測電阻，Rx兩端電壓值由后級電路TLC2543采集。采用繼電器來實現(xiàn)100，1K，10K和10M之間的量程的自動切換。在電路中被測電阻Rx將和一個高精度的已知基準(zhǔn)電阻R2串聯(lián)，在兩個電阻的兩端加一個已知的恒定電壓V，設(shè)Rx兩端的電壓為V1，R2兩端的電阻為V2，根據(jù)歐姆定律，

R1/（Rx+R2）×V=Vx

化簡可得 R1=（Vx×R2 ）/（V-Vx）

由于Vx，R2，已知，Vx由電路自動測量得到，經(jīng)過單片機計算可得出被測電阻的阻值。

2.2 A/D采樣電路設(shè)計

TLC2543為12位的A/D轉(zhuǎn)化芯片，有12個模擬輸入通道，分辨率達(dá)4096。程序設(shè)計采用模擬通道AIN0端，并用高輸入阻抗運放OP07阻抗匹配，提高測試精度.以及電路的穩(wěn)定性。圖中OP07的3腳為放大后的采樣電壓輸入端，輸入的模擬電壓經(jīng)TLC2543進(jìn)進(jìn)行A/D后。數(shù)字量以SPI總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞脚c單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

2.3 MCU控制及顯示電路設(shè)計

單片機系統(tǒng)電路如圖2所示。該模塊是整個系統(tǒng)的核心，主要由STC89C52單片機、電機驅(qū)動和ULN2003和12864液晶顯示器組成，具有電阻阻值的數(shù)據(jù)采集、處理、顯示等功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要包括主程序模塊和自動量程切換模塊的設(shè)計，主程序主要包括STC89C52的初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、顯示等。自動量程切換模塊主要包括阻值測量、判斷阻值是否超出范圍等。

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