毕业设计报告---简易自动电阻测试仪

毕业设计报告设计题目：简易自动电阻测试仪设计作者：陈占标专业班级/学号：09机电（4）班（0906060***）合作者1：刘春水专业班级/学号：09机电（4）班（0906060***）合作者2：廖乃建专业班级/学号：09机电（4）班（0906060***）指导教师：林**设计时间：2011年12月05日——2012年01月08日1目录1引言....................................................................32设计任务及要求..........................................................32.1设计任务..........................................................32.2设计要求..........................................................33系统总体设计............................................................43.1系统结构框图设计及说明.............................................43.2方案论证..........................................................53.2.1控制器模块...................................................53.2.2测量模块方案论证选择.........................................53.2.3显示模块比较和选择...........................................73.2.4电机驱动模块方案比较和选择...................................74软、硬件设计............................................................84.1系统硬件设计.......................................................84.1.1100Ω档工作原理分析.........................................84.1.210MΩ档工作原理分析.........................................94.1.31K、10K档工作原理分析.......................................94.1.4电机驱动模块原理分析........................................104.2系统软件设计.....................................................114.2.1软件系统总流程图及设计思路说明..............................114.2.2软件各功能模块的流程图设计..................................125安装与调试.............................................................145.1安装调试过程......................................................145.1.1硬件安装调试过程............................................145.1.2软件调试过程................................................145.2故障分析.........................................................146总结和感谢.............................................................157参考文献...............................................................1528附录...................................................................15附录一采样电路元器件清单............................................16附录二步进电机驱动元器件清单........................................16附录三显示模块元器件清单............................................17附录四使用设备清单..................................................17附录五PCB板总图.....................................................19附录六用户操作说明..................................................21附录七硬件电路板外观图..............................................2231引言本简易自动电阻测试仪由STC12C5A60S2为主控制器。待测电阻Rx经LM353、TL431搭建的测量电路由单片机控制继电器量程调整，再经转换送回单片机，单片机进行数据采集分析后可在LCD12864液晶上显示相应数字和单位，该测量仪测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。具有自动电阻筛选功能，即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；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筛选要求的指示。单片机通过对异步电机的旋转角度控制可自动实现对4.7K的电位器自动描画出阻值随角度变化的曲线。2设计任务及要求2.1设计任务设计并制作一台简易自动电阻测试仪。2.2设计要求1．基本功能（1）测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量准确度为±（1%读数＋2字）。（2）3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于5次/秒。（3）100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能。2．发挥部分（1）具有自动电阻筛选功能。即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；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筛选要求的指示。（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辅助装置，要求曲线各点的测量准确度为±（5%读数＋2字）,全程测量时间不大于10秒,测量点不少于15点。辅助装置连接的示意图如图1所示。4图1辅助装置连接示意图3系统总体设计3.1系统结构框图设计及说明在电阻测量时，通过对按键的输入，控制继电器的吸合对100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四个档位进行手动选择或自动选档，待测电阻经过恒流/压源、放大电路，一系列的A/D、D/A转换后，经由单片机输出，将在LCD12864液晶显示屏上显示相对应的档位以及当前的所测的电阻阻值，亦可通过键盘输入，针对可调4.7K电位器，进行实时的曲线描点功能，即在LCD12864液晶显示屏上显示实时的电位器通过电机旋转的角度与阻值大小的相应实时曲线。为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。图2系统结构框图53.2方案论证为较好的实现各模块的功能，我们分别设计了几种方案并分别进行了论证。3.2.1控制器模块在控制模块选择上，我们有以下几种方案，具体如下：方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。方案2：采用STC公司的12C5A60S2单片机作为主控制器。STC12C5A60S2是一个低功耗，高性能的51内核的CMOS8位单片机，片内含8k空间的可反复擦1000次的Flash只读存储器，具有256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个IO口，2个16位可编程定时计数器。且该系列的52单片机可以不用烧写器而直接用串口或并口就可以向单片机中下载程序。相比之下STC12C5A60S2的性价比较高且CPLD用于较高端的电路，所以选择2方案。3.2.2测量模块方案论证选择在采样测量模块方案选择中，我们有4个备选方案，具体如下：方案1：用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型运放恒流源如图2所示，本方案电流不是特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。电流计算公式为：I=Vin/R1。图3恒流源电路图6方案2：TLC2272搭建的恒流源如图4所示，利用运放TLC2272比较电压，控制CMOS管的电流大小，并且不受前面电路的影响，可输出较大电流最大可达4A左右，且稳定性良好、精度高，但是调试难度系数偏高，场效应管容易烧毁。GND600R8600R91RR7Q295401TLC22722TLC2272GNDQ1540仪表放大GND+12V1RR6接DA接仪表放大图（4）图4TLC2272恒流源电路方案3：LM353与TL431组成的恒流源如图5两者的配合互补了相对的缺陷，I=U/Rx且不需要稳压管，相对方案3而言经济效益较高，调试和稳定性优于以上一系列方案。综合以上分析，故我们选择了方案3。657BLM353+5VR292K231TL431R301MR311MVO2K4D8DIODE8100Q10P10+5V图5LM353与TL431恒流源电路73.2.3显示模块比较和选择在显示模块选择过程中，我们有以下三种方案，分别为：方案1：用数码管进行直接显示。数码管直接接到单片机上不仅占用端口，显示具有局限性，而且还要另外制作AD采样和数码驱动电路，比较繁琐，因此我们放弃了此方案。方案2：用ZLG7290键盘显示电路显示。由于ZLG7290键盘显示电路有两个四位数码管显示，但是按键显示不够稳定，程序设计较繁琐，因此我们放弃了此方案。方案3：使用LCD12864液晶显示屏。液晶显示屏具有轻薄短小，低耗电量，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强，可灵活用于画图、画线等特点，符合本次设计任务的要求。故采用此方案。3.2.4电机驱动模块方案比较和选择电机转动过程中需要精密测出相应转过的角度，这就要求电机的灵敏度高，受惯性的影响较小，所以直流电机不满足要求。故我们采用了带光耦隔离，利用抗干扰能力强的TLP521作为隔离保护；利用L297进行PWM脉宽平滑调速与输出限流保护；利用L298实现电机驱动及其正反转，并采用二极管进行续流保护。整体电路如图6所示：INPUT15ENABLEA6INPUT27ILPUT310ENABLEB11INPUT412CURRENT1SENSINGACURRENT15SENSINGB+5V9OUTPUT12OUTPUT23OUTPUT313OUTPUT414GND8VSS4A4L298D10IN4007D13IN4007D11IN4007D14IN4007D12IN4007D15IN4007D16IN4007D17IN4007+5VVDD12J7CON212J2CON212J1CON2CW/CCW17STEP18HALF/FULL19RESET20CONTROL11ENABLE10SYNC1OSC16GND2A4IN