【正文】 ical signal, is generally based on the Perceived resistance, which is the key to realize resistance nonelectrical signal conversion, and the range of the Perceived resistance is best measured scale of the sensors, so the dynamic measurement of resistance is system uses 89C51 microcontroller as the master chip, choice the ADC0809 to plete the conversion of analog to digital. With the external circuit designed by myself, bined with the singlechip to realization the test of resistance in the span of 1 Ω1 kΩ。盡管單片機(jī)是從 1982 年才開始在我國(guó)應(yīng)用的，但它一經(jīng)上市便顯示出強(qiáng)大的生命力，以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)并獲得廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)最大特點(diǎn)是單片化 [3]， 體 積大大減小 、 功耗和成本低 、 可靠性高 、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)、易于開發(fā)。 單片機(jī)的典型代表是 Intel 公司在 20 世紀(jì) 80年代初研制出來(lái)的 MCS51 系列單片機(jī) [3]。由于其具有 80C51 的原有功能，內(nèi)部還含有大容量的 Flash 存儲(chǔ)器，又增加了新功能，因此在電子產(chǎn)品開發(fā)及智能化儀器儀表中有著廣泛的應(yīng)用，成為目前取代MCS51 系列單片機(jī)的主流芯片之一。通常我們生活中會(huì)遇到各種各樣的傳感器，這些傳感器一般都是所謂的半導(dǎo)體傳感器，即外界變化通過(guò)電阻，電容，電感等的變化為電信號(hào)，而回饋給系統(tǒng)。 傳感器是各種機(jī)械和電子設(shè)備的感覺器官 ， 它能夠感覺到諸如光、色、溫度、壓力、聲音、濕度、氣味、運(yùn)動(dòng)等各種物理量、化學(xué)量 ， 生物量與機(jī)械量等的存在、變化和差異 ， 相當(dāng)于人具有的視覺 、 嗅覺、味覺、聽覺、觸覺等五官功能。半導(dǎo)體傳感器具有體積小 、 重最軒 、 耗能少 、 響應(yīng)快 ， 對(duì)非電量的靈敏度高等優(yōu)點(diǎn) ， 易于實(shí)現(xiàn)集成化 ， 多功能化和智能化 ， 易于和計(jì)算機(jī)接口 ， 適于批量生產(chǎn) ， 十多年來(lái)得到了迅速發(fā)展 ， 必將代替經(jīng)典的傳感器而成為傳感器中的主流 。傳感器的這種電阻易變性需要一個(gè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，動(dòng)態(tài)顯示。 電阻的測(cè)量根據(jù)我們所學(xué)的大學(xué)物理的內(nèi)容，我們可知，電阻的測(cè)量一般采用四種不同的測(cè)量方法對(duì)同一電阻實(shí)際測(cè)量，并進(jìn)行誤差分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較，得出各種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)與不足 [6]。其三：是電橋法測(cè)電阻，一個(gè)已知的電阻，一個(gè)未知電阻，兩個(gè)滑阻，調(diào)劑滑阻使電流變?yōu)?。 在實(shí)際工作中對(duì)于多路電阻進(jìn)行測(cè)量 ， 一般采用直接測(cè)量法人工操作進(jìn)行 。 設(shè)計(jì)的主要思想： 單片機(jī) P1 口與 ADC0809 的輸出口相連， P0 與 6 位數(shù)碼管相連接。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 8051 還包含一個(gè)布爾處理器，用來(lái)處理位操作。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。因而，一個(gè)機(jī)器周期可依次表示為 S1P1， S1P2，? S6P1， S6P2。P P P3 口為準(zhǔn)雙向口，即在用做輸出線時(shí)，口鎖存器必須先寫入“ 1”。 P1 口：它的每一位都能作為可編程的輸入或輸出線，是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向口，可做通用的 I/O 口使用。僅僅 美國(guó) AD 公司的 ADC 產(chǎn)品就含有幾十個(gè)系列 近百種型號(hào)之多。 盡管 ADC 芯片的種類 、型號(hào)很多， 但是其內(nèi)部功能強(qiáng)弱、轉(zhuǎn)換速度快慢、轉(zhuǎn)換精度高低一般都有很大的差別。 （ 1）數(shù)字輸出的方式是否有可控三態(tài)輸出。對(duì)脈沖啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的 ADC 芯片，只要在其啟動(dòng)轉(zhuǎn)換引腳上施加一個(gè)寬度符合芯片要 求的脈沖信號(hào)，就能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并自動(dòng)完成。 [9] 本設(shè)計(jì)中所用的的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為 ADC0808/0809， 這兩個(gè)芯片 除精度略有差別外 (前者精度為 8 位、后者精度為 7 位 )，其余各方面 都是 完 全相同 的 。 （ 2）總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為 177。 （ 4）單一電源 ： +5V。 （ 6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對(duì)各引腳定義分述如下： （ 1） IN0～ IN7—— 8 路模擬輸入，通過(guò) 3 根地址譯碼線 ADDA、 ADDB、ADDC來(lái)選通一路。地址信號(hào)與選中通道對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 22 所示。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)， A、 B、C 三位地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來(lái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開 始轉(zhuǎn)換。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC 也可作為啟動(dòng)信號(hào)反饋接到 START 端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。 [10] 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管分為兩類，一類是共陰極，一類是共陽(yáng)極。位碼即位選信號(hào) DIG，它決定哪個(gè)數(shù)碼管工作，哪個(gè)數(shù)碼管不工作 。 由于段碼是公用的，為使每個(gè)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)據(jù)，我們需要采用動(dòng)態(tài)顯示。 另外還有一種 靜態(tài)掃描顯示，顧名思義就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)數(shù)字的時(shí)候，相應(yīng)的二極管 恒定導(dǎo)通或截止，由于本設(shè)計(jì)沒用到，顧不做過(guò)多介紹。首先ADC0809 芯片將獲取的電壓與 VREF（ +） 和 VREF（ ） 的差（一般是 5V 左右）進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)將數(shù)據(jù)通過(guò) OUT 口輸入到 P1口，即 getdata，然后要將 getdata 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，還原成電壓，通過(guò)公式 v = getdata**5000（ mV） 即可達(dá)到要求。如下圖 31 所示。第 2 章我們介紹了各種硬件基礎(chǔ)，芯片的功能，引腳，用法。已知了 R2，總電壓 5V，以及 R2 分壓 v， 即可求得滑動(dòng)變阻器 RV1 的阻值。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)控制 模擬信號(hào)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是由 ADC0809 芯片作為數(shù)據(jù)采集通道，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換由 out 口輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示： 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 15 圖 33 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要組成部分 如圖 34,ADC0809 具 有 8 路模擬量輸入通 道 IN0～ IN7,通過(guò) 3 位地址輸入端 C、 B、 A(引腳 23～ 25)進(jìn)行選擇。引腳9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制端 OE,當(dāng) OE 為高電平時(shí) ,存放于輸出數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)通過(guò) ADC0809 的數(shù)據(jù)線 OUT0～ OUT7 輸出。時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CLOCK 信號(hào) ,由單片機(jī)的地址鎖存信號(hào) ALE 得到 [12]。 單片機(jī)與數(shù)字顯示模塊 在 8051 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中 ,單片機(jī)的 LED 數(shù)碼 管 顯示電路的設(shè)計(jì)往往是不可缺少的環(huán)節(jié)，并且單片機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，并不需要外加芯片或者多余的電路。而根據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)的要求，要數(shù)據(jù)的每一位同時(shí)顯示，而顯然我們的單片機(jī)系統(tǒng)每次只能點(diǎn)亮一位。另外由于 P0 口輸出的電壓比較低，一般無(wú)法直接點(diǎn)亮數(shù)碼管，或者數(shù)碼管的亮度很低，這時(shí)候我們要用外加電壓的方法加以驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，在實(shí)際電路的連接中，排阻的阻值不宜過(guò)大，否則會(huì)因?yàn)橄蘖鬟^(guò)大而影響數(shù)碼管的輝度。我們將采集到的數(shù)字信號(hào) getdata 先變回成模擬信號(hào)，由于它是 8 位的數(shù)字信號(hào)，我們將得到的數(shù)據(jù)比上 255，然后乘上 5v 電壓，即得到了我們所采集的電壓值 v。所以必須將四位的數(shù)據(jù)分割成整數(shù)位，十分位，百分位，千分位。 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)如上的處理，我們能順利的實(shí)現(xiàn)顯示功能，使得數(shù)碼管顯示出來(lái)的數(shù)據(jù)就是所測(cè)電阻的阻值。它不僅具有其它 EDA 工具 的軟件仿真功 能，還能仿 真單片機(jī)及其外圍器件 。這些功能是：（ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動(dòng)或人工布線 （ 3） SPICE 電路 仿真 革命性的特點(diǎn) （ 1） 互動(dòng)的電路仿真 用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。 軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯和功能錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過(guò)仿 真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。 單片機(jī)目前在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 ,可用于對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程的 語(yǔ)言很多 ,最常見的為匯編語(yǔ)言、 C 語(yǔ)言、 PLM 和 BASIC 等 4 種語(yǔ)言 。 本文程序使用的語(yǔ)言使用 C 語(yǔ)言，使用的程序編譯器為 德國(guó) Keil Software公司開發(fā)的 Keil uVision4 編譯器 。 圖 37 工作方式寄存器 TMOD 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 20 GATE： 門控位。 C/T： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器選擇位。 圖 38 中斷允許 IE 每一位都需要用程序置 1 或清 0。 D/A 子程序主要是完成 D/A 轉(zhuǎn)換，將得到的電壓轉(zhuǎn)換為電阻，并將得到的電阻值的位數(shù)一位一位分開等待調(diào)用。 最好的問(wèn)題就是用靜態(tài)的，否則就要讓間隔時(shí)間很小 。 (2)顯示部分每次顯示完有一個(gè)延時(shí)程序的部分。 第一部分：原來(lái)的程序 while(EOC==0)。 改為 if(EOC == 1){OE = 1。這樣相比較原來(lái)的程序就不存在空白等待的情況，因?yàn)榧词?EOC 為低的時(shí)候也是有值被取出的，這個(gè)值為原來(lái)的值，所以表現(xiàn)在數(shù)碼管上還是亮著的。i) {for(j=0。對(duì)此我的做法是一點(diǎn)一點(diǎn)減小試驗(yàn)最終定在 i 的值為3。 定時(shí)器在程序中結(jié)尾的時(shí)候重裝了一下，其在系統(tǒng)中的作用是為ADC0809 提供時(shí)鐘脈沖同時(shí)還為 ALE 端口提供一個(gè)定時(shí)的脈沖，在一定的時(shí)間頻率下鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端口，錄入模擬量信號(hào)。 TL1=(6553665)%256； 在實(shí)際的操作過(guò)程中，我程序是一部分一部分改的上面的是在很多次的試驗(yàn)之后，反復(fù)的改程序，用開發(fā)板下載，再到實(shí)際電路試驗(yàn)。 實(shí)物焊制 和通道 測(cè)量 以下成功焊接之后 得到實(shí)物圖，如下圖 41 所示： 圖 41 焊制的實(shí)物圖 電路板焊制完，單片下載程序后，可能并不能馬上實(shí)現(xiàn)所要求的功能，需要我們進(jìn)一步的調(diào)試。如果數(shù)據(jù)誤差比較小，說(shuō)明電路板的連線是正確的。本設(shè)計(jì)只使用了 6 路輸入 通道，剩下的第 7 路，第 8路處于閑置狀態(tài)，可以以待備用。但是由上表可知，當(dāng)被測(cè) 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 25 電阻值得大小大于 1 kΩ 的時(shí)候，測(cè)量到的阻值偏差比較大。下面我們通過(guò)計(jì)算它們的平均誤差值，電阻偏差的方差來(lái)說(shuō)明。即使在最小處，當(dāng)電阻為 2 kΩ的時(shí)候，其相對(duì)誤差也為 %， 大于 %，因此精度不滿足要求。按照精度要求相對(duì)誤差小于 %的話，該將測(cè)量范圍確定為 0 到 1K。 局限性 由于本系統(tǒng)要求做的是多通道動(dòng)態(tài)測(cè)電阻，故此在設(shè)計(jì) 時(shí)將重點(diǎn)著重放在了多通道和測(cè)量電阻上，通過(guò) 將電阻 很簡(jiǎn)單的處理了，用最簡(jiǎn)單的滑動(dòng)變阻器代替了被測(cè)電阻。在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測(cè)量范圍只有 0~1 kΩ。 本系統(tǒng)的多通道是自動(dòng)控制的。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 29 第 5 章 全文總結(jié) 總結(jié)和應(yīng)用 本設(shè)計(jì)使用 STC89C52 單片機(jī)，連接 ADC0809 芯片組成多通 道測(cè)量系統(tǒng)，使系統(tǒng)能正確的測(cè)量出動(dòng)態(tài)電阻，并能顯示在數(shù)碼管上。所得到的系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較快。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)我們知道其精度值低于 %。 在工程實(shí)踐中 ,常需要測(cè)定某些高導(dǎo)電材料的電阻率。 因此， 本系統(tǒng)可以綜合運(yùn)用到需要檢測(cè)電阻值得各個(gè)方面，從這個(gè)方面說(shuō) ， 本設(shè)計(jì)應(yīng)該 具有很好的前景。這樣不僅能有效的降低造價(jià)，而且解決了一般 電阻測(cè) 量系統(tǒng)具有設(shè)置復(fù)雜、觀察困難 、 測(cè)量靈敏度低的問(wèn)題。 此外， 還可以通過(guò)軟件編譯添加按鍵功能。 總的來(lái)說(shuō)， 本系統(tǒng)作為初始樣機(jī)已用于實(shí)際研究工作并已取得了滿意的結(jié)果 。具體的實(shí)踐有待于進(jìn)一步摸索。感謝 金國(guó)華老師 ，在硬件測(cè)試實(shí)現(xiàn)、程序調(diào)試階段提供給我的使用器械和幫助 。 unsigned。在此向老師和同學(xué)表示我衷心的感謝。 Instrumentation (). 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 32 致 謝 衷心 的感謝指導(dǎo)老師劉劍橋，在畢設(shè)完成實(shí)施的過(guò)程中給予我的鼓勵(lì)和幫助，由于本人這學(xué)期 初忙于研究生復(fù)試 ， 劉 老師一直 提醒我畢設(shè)進(jìn)程，以及及時(shí)的通知各種變動(dòng)信息。 還可以通過(guò) 加入微機(jī)接口電路 與計(jì)算機(jī)直接相連， 改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ,使之可與徽機(jī)構(gòu)成系統(tǒng) ,成為計(jì)算機(jī)控制的材料電阻測(cè) 量 系統(tǒng) 。 通過(guò) 添加本系統(tǒng) 不具備的一些功能，如添加按鍵實(shí)現(xiàn)固定 對(duì)某路的控制，以及路數(shù)的切換控制，自動(dòng)采集顯示控制。因此，在外接電阻的時(shí)候采用直接焊制。但是在現(xiàn)實(shí)情況下，往往 需 要測(cè)量的 電阻往往可能很大或者很小時(shí)，那么就無(wú)法精確的測(cè)量出來(lái)了 ，因此 可以 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 添加多檔測(cè)量。但是有些高導(dǎo)電材料的電阻很小 ,采用實(shí)驗(yàn)室一般儀器 ,在很多