单片机电阻测量.doc

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1、课程设计报告课程名称:单片机原理及应用课程设计 设计题目： 电阻测量 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 电子信息专业 班 级： 09级电信二班 学生姓名: 学 号: 起止日期: 指导教师: 教研室主任： 指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘 要本设计电阻测量是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常测量电阻都采用大

2、规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成BCD码，最后驱动显示器显示相应的数值。本系统以单片机AT89C52为系统的控制核心,结合A/D转换芯片ADC0809设计一个电阻测量表，能够测量一定数值之间的电阻值，通过四位数码显示。具有读数据准确，测量方便的特点。关键词：单片机(AT89C52)； 电压；A/D转换；ADC0809目 录设计

3、要求11 电路的论证与对比11.1 方案一11.2 方案二21.3 方案的对比与比较22 系统硬件电路设计22.1 振荡电路模块22.2 A/D转换电路模块22.2.1主要性能32.2. 2 ADC0809芯片的组成原理42.2.3 ADC0809引脚功能42.3 主控芯片AT89C52模块52.3.1主要功能特性52.3.2 主要引脚功能62.4 显示控制电路的设计及原理83系统调试与分析93.1 硬件调试93.2 软件调试93.3 性能分析104元器件清单115 总结与致谢126 参考文献13附一：原理图14附二：程序15电阻测量设计要求电阻测量（需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压）

4、测量100,1k,4.7k,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差10%。 1 电路的论证与对比1.1 方案一利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx与Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现测量电阻。计数控制电路输出的脉冲宽度Tx应与Rx成正比，其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如图1所示。用555构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度Tx与Rx的函数关系是： 图1 方案一原理图所产生的时间误差可能达到百分之

5、十五，再加上其他原因产生的误差，测量是的时间1.2 方案二用ADC0809电阻测量，以一个1K的电阻作为基准电阻。和被测电阻进行分压，分压比例得出电阻比例。用ACD0809测量电阻时间误差为10%以下，分辨率高，输出能与TTL电平兼容。其原理图如图2所示。 图2 方案二原理图1.3 方案的对比与比较 由于课程设计的要求是电阻测量需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压，测量100,1k,4.7k,10k,20k的电阻阻值，由数码管显示。测试：误差10%。通过比较以上两个方案，可知方案二相对来说比较适合。所以选用方案二作为实验方案。 2 系统硬件电路设计 2.1 振荡电路模块 振荡电路通过这两个

6、引脚外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF），这样就构成一个稳定的自激振荡器。为单片机提供时钟信号。如图3所示。 图3 振荡电路 2.2 A/D转换电路模块ADC0809是采用逐次逼近式原理的A/D转换器。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字

7、量输出到数据总线上，9电路图如图4所示。图4 A/D转换电路原理图2.2.1主要性能1分辨率为8位二进制数。2模拟输入电压范围0V5V，对应A/D转换值为00HFFH。3每路A/D转换完成时间为100s。4允许输入4路模拟电压，通过具有锁存功能的4路模拟开关，可以分时进行4路A/D转换。5工作频率为500kHz,输出与TTL电平兼容。2.2.2 ADC0809芯片的组成原理具体设计要求如图5所示，它是由地址锁存器、4路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器构成。由3位地址输入线ADDRA、ADDRB、ADDRC决定4路模拟输入中的1路进8位A/D转换器，A/D转换值进入三态锁存输出

8、缓冲器暂存，在CPU发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，经DB7DB0进入CPU总线，完成一次A/D转换全过程。 图5 A/D转换电路原路图 2.2.3 ADC0809引脚功能ADC0809采用28引脚的封装，双列直插式。A/D转换由集成电路ADC0809完成。ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线（23 25脚即C,B,A,）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制（ALE），当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制（START），当输入一个2us宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志（EOC），当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚

9、为A/D转换数据输出允许控制（OE），当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为ADC0809的时钟输入端（CLOCK），利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0P3.3端口作为四位LED数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作ADC0809的A/D转换控制。2.3 主控芯片AT89C52模块AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的

10、随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 图6 AT89C52管脚图AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口。3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。如图6所示为AT89C52管脚图

11、。2.3.1主要功能特性与MCS51产品指令和引脚完全兼容8k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线低功耗空闲和掉电模式 3个16位定时/计数器可编程串行UART通道2.3.2 主要引脚功能VCC : 电源GND: 地P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，

12、将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。 P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时

13、，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P1口和P2口的第二功能如下表1所示。表1 P0和P1口的第二功能引脚号功能特性P1.0T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入)，时钟输出P1.1T2EX（定时/计数2捕获/重载触发和方向控制）P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89C52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程

14、和校验时，P3口也接收一些控制信号。具体功能如表2所示：表2P3口的第二功能端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD(串行输出口)P3.2外中断0P3.3外中断1P3.4T0(定时/计数器0)P3.5T1（定时/计数器1）P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器

15、时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外

16、部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP 电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。2.4 显示控制电路的设计及原理 显示子程序采用动态扫描法实现4位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放70H77H内存单元中，测量数据在显示时须经过转换成为十进制BCD码放在78H7BH单元中，其中7

17、B存放通道标志数。寄存器R3用作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。 图78255芯片本系统显示部分采用4位数码管动态扫描显示。动态扫描显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起，而每一个显示器的公共极COM 是各自独立地受I/O线控制。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是那个显示器亮，则取决于COM端，而这一端是由 I/O控制的，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个数码管轮流点亮。本系统采用4位共阴极数码管，CO

18、M端接接P20P23端，8个笔划段a-h分别按顺序接P07P00，轮流给P20P23口低电平，使各个数码管轮流点亮。显示控制电路由图7的8255芯片和图8的数码管显示电路两部分组成。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。 图8 数码管显示电路3系统调试与分析3.1 硬件调试硬件调试时可以检查印制板和外围电路是否有断路或短路问题，在检查无误的情况下，通过外围电路接入一个被测电阻，检查数码管显示是否正常，若不正常，用万

19、用表检查出电路的问题所在，并纠正电路的焊接问题。为了测量的精准度，用万用表选择一千欧姆的基准电阻，尽量使基准电阻接近一千欧姆,减少测量的误差。3.2 软件调试 将用keil编译产生的HEX文件下载到单片机开发板中，通过外围电路接入一个已知的被测电阻，看数码管上的显示数值是否接近已知的电阻值，若不对，则反复调试程序，直到正确为止。3.3 性能分析1.误差,如表3所示。2.误差分析AD的分辨率只有八位，分辨率小，分辨率是指输出数字量变化一个相邻数码所需的输入模拟电压的变化量。AD的分辨率定义为满刻度电压与2n比值，其中n位AD转换器的位数。故AD的分辨率为。所以测量小电阻的时候误差小，随着测量电阻

20、的变大误差变大。表 3 系统测试结果测量序号理论值测量值1009989961k10009994.7k4700469810k10000998620k20000198984元器件清单元件名称类型或量程数量芯片AT89C521片芯片82551片芯片ADC08091片杜邦线3根万用表1个电阻1K、4.7K、10K、20k、100各一个电源线供电电源线1根5 总结与致谢这次单片机课程设计意义非同一般，把我从单深入的理论编程到硬件软件综合实现一个使用的电路。通过这学期的单片机的学习，知道了单片机在实际应用中占据很重要的作用，也了解单片机本身的功能，用编程控制；也了解了单片机的一些扩展功能。通过这次设计，我

21、更深入地了解到单片机的使用原理和功能。为期两周的设计中，我看到很多同学都很努力，很认真，我也不敢懈怠。虽说两周的时间有点仓促，但老师和同学们夜以继日在解决问题，我做电阻测量的设计中也遇到些许问题，但通过他人的指点，并查阅很多有价值的书籍，我从中认识了不少。也增强了自己发现问题解决问题的能力。还有在编程的时候要仔细，要实现一个完整的功能就要考虑全面，在测试程序的时候要善于发现错误，而且可能是一些小问题，比如说把立即数和地址混用，这是很常见的。两周的设计完满结束了，经过自己的努力和同学的帮忙终于有了成果，特别离不开指导老师谭周文的悉心教导，我受益匪浅，相信他的工作作风和知识筑成都是我们学习榜样，给

22、我很大的启迪。感谢这些老师不畏辛劳，热心精心的指导。在这里向他们说声谢谢，你们辛苦了。6 参考文献1 张鑫. 单片微机原理与应用.M 北京.电子工业出版社. 20082 楼然苗.李光飞. 单片机课程设计指导. M北京.航空航天大学出版社. 20073 长洪润.刘秀英. 单片机应用设计200例（上、下）. M 北京.航空航天大学出版社.20064 张毅刚. 新编MCS51单片机应用设计（第3版）.M哈尔滨工业大学出版社.20085 马静.单片机原理与应用. M 实践教学指导书中国计量出版社. 2003附一：原理图附二：程序#include#include /包含了_nop_()/#include

23、#define a8255_PA XBYTE0xD9FF /PA口地址#define a8255_PB XBYTE0xDAFF /PB口地址#define a8255_PC XBYTE0xDDFF /PC口地址#define a8255_CON XBYTE0xDFFF /控制字地址 #define VREF 4.75 /基准电压/定义0809控制端口/sbit ST = P2 7;sbit EOC = P3 4;sbit OE = P2 3;sbit CLK = P2 0;/unsigned char get_val; /用于单片机获取0809转化数值/int t; /中间变量float li

24、ght; /中间变量unsigned char dis_table=0xa0,0xbb,0x62,0x2a,0x39,0x2c,0x24,0xba,0x20,0x28; unsigned char cho_led = 0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe ; / 数码管的位/* 延时函数 */void delay(unsigned int i) while(i-); /* 显示函数 */void display(unsigned int t) unsigned charx0,x1,x2,x3,x4,x5; x0=t%10;/个位 x1=t/10%10;/十位 x2=t/1

25、00%10;/百位 x3=t/1000%10;/千位 x4=t/10000%10;/万位 x5=t/100000%10;/十万位 a8255_PA=0xdf; a8255_PB=dis_tablex0; /个位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xef; a8255_PB=dis_tablex1; / 十位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xf7; a8255_PB=dis_tablex2; /百位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfb; a8255_PB=

26、dis_tablex3; /千位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfd; a8255_PB=dis_tablex4; /万位显示 delay(180); a8255_PA=0xff; a8255_PA=0xfe; a8255_PB=dis_tablex5; delay(180);/十万位显示 a8255_PA=0xff; /* 初始化*/void Init() TMOD=0x01; TH0=(65536-200)/256; TL0=(65536-200)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; a8255_CON=0x80; a8255

27、_PB=0xff; a8255_PA=0xff;/* ad转换 */unsigned char ad0809() ST = 0; _nop_(); _nop_(); ST = 1; _nop_(); _nop_(); ST = 0; _nop_(); _nop_(); while (EOC=0); /开始装换 _nop_(); OE = 1; get_val = P0; OE = 0; return get_val; /* 主函数 */void main() /int i,j;Init(); CLK=0; while(1) ad0809(); delay(300) ; t=(float)(256-get_val); t = 10000.000*(t/(float)get_val);/ 电压变电阻值 display(t); /*时钟信号发生器*/void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=(65536-200)/256; /频率500HZ TL0=(65536-200)%256; CLK=CLK;