【導讀】路變化電阻的多通道動態(tài)電阻測量系統(tǒng)。的變化范圍是衡量傳感器性能的最佳尺度，所以實現(xiàn)電阻的動態(tài)測量很重要。配合自行設計的外圍電路，結合單片機控制實現(xiàn)了對阻值跨度在1. 示；實現(xiàn)了單片機與ADC0809芯片，單片機與數(shù)碼管及數(shù)碼管的連接電路。系統(tǒng)軟件采用C51單片機專用語言編寫，利用。Keil51編譯器編譯，產(chǎn)生的目的代碼的運行速度高，所需存儲空間小。分析，并且對系統(tǒng)的局限性進行了討論。順序依次將每個通道所測量的電阻值依次發(fā)送到數(shù)碼管，實現(xiàn)多路顯示。

　　

【正文】 調試是選一路進行調試，其他 5 路閑置，當數(shù)碼管能正常顯示數(shù)據(jù)時，再用萬用表進行測量檢查數(shù)據(jù)的可靠性。如果數(shù)據(jù)誤差比較小，說明電路板的連線是正確的。然后我們再實現(xiàn) 6 路通道自動顯示調試。經(jīng)過調試后發(fā)現(xiàn)，電路的中斷時間要遠遠大于初始化的時間，電路才能正常的按照路數(shù)自然順序，依次顯示數(shù)據(jù)。 再經(jīng)過一 系列的程序調試，通過開發(fā)板將程序下載到單片機上，就能實現(xiàn)系統(tǒng)設置 所需的功能了。本設計只使用了 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。根據(jù)圖中 使用的 6 路被測電阻中，前五路使用的是 1KΩ 的滑動變阻器，最后一路使用的是固定電阻。經(jīng)系統(tǒng)測試 得出 以下結果： 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 24 圖 42 六路信號的測量結果 如圖所示，前 4 位顯示的電阻的數(shù)值，單位為 kΩ，最后一位顯示的是通道數(shù)，根據(jù)圖，我們得到的數(shù)據(jù)為，第 0 通道電阻值為 kΩ，第 1 通道電阻值為 kΩ，第 2 通道電阻值為 kΩ，第 3 通道電阻值為 kΩ，第 4 通道電阻值為 kΩ，第 5 通道電阻值為 kΩ。 誤差分析 數(shù)據(jù)測量 由于基準電阻是 kΩ，根據(jù)電路的測法，系統(tǒng) 用固定的電阻經(jīng)過電路測量，得到的測量數(shù)據(jù)如下： 實際電阻（ kΩ） 測量電阻 （ kΩ） 實際電阻（ kΩ） 測量電阻 （ kΩ） 根據(jù) 設計思路，理論上其測量范圍是 0~10 kΩ。但是由上表可知，當被測 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 25 電阻值得大小大于 1 kΩ 的時候，測量到的阻值偏差比較大?？梢?根據(jù)上表分析，用 matlab 分別做出 0~1 kΩ， 1KΩ~10 kΩ， 0~10 kΩ的實際值和測量值得偏差關系圖，如下圖 4 4 45 所示： 可以通過一系列求誤差以及判斷精度的方法來判斷給出的測量范圍是否符合精度要求。 圖 43 實際電阻對應的測量值 （ 0~10 kΩ） 圖 44 實際電阻對應的測量值 （ 0~1 kΩ） 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 26 圖 45 實際電阻對應的測量值 （ 1 kΩ~1 kΩ） 誤差分析 根據(jù)上 圖 4 4 45 可知，實際電阻對應的測量值基本上與其實際值是相符合的。特別是在 0~1KΩ 的時候，誤差很小。下面我們通過計算它們的平均誤差值，電阻偏差的方差來說明。平均誤差值（ E）用實際電阻值與測量值得偏差表示；用 Ai 表示實際電阻值， Bi 表示測量電阻值， 平均誤差值 E= 1niAi Bin??? () 電阻偏差的方差 D= 21[( ) ]niAi Bi En???? () 由 matlab 處理計算可知： 0~1kΩ 的平均誤差值 E1=，電阻偏差的方差 D1=*10^(5)； 1kΩ~1kΩ的平均誤差值 E2= kΩ，電阻偏差的方差 D2=； 0~10 kΩ的平均誤差值 E3= kΩ，電阻偏差的方差 D3=； 根據(jù)所求得得平均誤差值，當被測電阻阻值在 0~1 kΩ時，平均誤差值 E1大小只有 歐姆，且電阻偏差的方差為 ，說明阻值偏差的分布很均勻，所以可以說明在 0~1 kΩ 的范圍之類，電阻的阻值偏差平均大小只有 歐姆，根據(jù)表格中所得的數(shù)據(jù)最大的誤差當阻值為 時，被測電阻值為 kΩ，此時絕對誤差最大，其相對誤差也為最大，等于 %，小于%，此范圍上精度的要求是滿足的。當被測電阻阻值在 1 kΩ~10 kΩ時，平 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 27 均誤差值 E2 大小為 歐姆，且電 阻偏差的方差為 ，說明阻值偏差的分布相對來說比較均勻，但是其平均誤差比較大。而且在 ，最大絕對誤差為 490Ω， 此時相對誤差最大為 %，遠大于 %。即使在最小處，當電阻為 2 kΩ的時候，其相對誤差也為 %， 大于 %，因此精度不滿足要求。再分析被測電阻為 0~10 kΩ 的范圍。平均誤差值大小為 歐姆，電阻偏差的方差為 。 相比之下，該值為前面 0~1 kΩ和 1 kΩ~10 kΩ 的折中。按照精度要求相對誤差小于 %的話，該將測量范圍確定為 0 到 1K。當超出 1K 而小 于 10K 同樣能測，但是精確度不高，應該慎用。 圖 46 被測電阻和基準分壓電阻 造成當電阻大于 1 kΩ 時，精確度不高的主要原因在于，我們使 用的基準分壓電阻，由 圖 46 所示， R7 為基準分壓電阻，其阻值為 kΩ，當阻值比較大時，基準分壓電阻分到的電壓就比較小，而電路的各個節(jié)點連接等環(huán)節(jié)是有阻抗的，這樣會影響基準電阻的電壓值，從而會到 ADC0809 采集到的電壓數(shù)據(jù)。這樣一來系統(tǒng)測量阻值較大的電阻時，其精確度就會受到影響，故而造成誤差較大。 局限性 由于本系統(tǒng)要求做的是多通道動態(tài)測電阻，故此在設計 時將重點著重放在了多通道和測量電阻上，通過 將電阻 很簡單的處理了，用最簡單的滑動變阻器代替了被測電阻。實際上，系統(tǒng)測量的電阻可能是光敏電阻、 熱敏電阻 、壓敏電阻等等一類可以隨外界環(huán)境變化變化而變化的電阻。在被測電阻端，系統(tǒng)使用簡單的焊接固定了被測電阻，不方便系統(tǒng)的二次運用，通過 參照萬用表的表筆，將固定的電阻兩端的電線分別做成正負極， 這樣一來就 方便拆卸 了 。 本系統(tǒng)的測量范圍有限。在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測量范圍只有 0~1 kΩ。即使將基準分壓電阻變大，也只能是測量值變大，比如精度范圍內(nèi)，其 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 28 測量范圍為 kΩ~100 kΩ。其實際測量跨度，不會超過 4 個數(shù)量級。由于本系統(tǒng)用的是多路測量電阻，如果被測電阻阻值跨度較大，就無法在同一系統(tǒng)中同時正確顯示了。 本系統(tǒng)的多通道是自動控制的。也就是說，它是按照通道的自然順序，依次動態(tài)顯示的。而在現(xiàn)實中， 往往需要實時監(jiān)控某一路的電阻，但由于系統(tǒng)是多路滾動式的顯示，故而兩個測量結果的時間間隔會比較大，當電阻隨時間變化比較大的時候，測量的結果會不完全。也就是說它的實時性可能會比較差。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 29 第 5 章 全文總結 總結和應用 本設計使用 STC89C52 單片機，連接 ADC0809 芯片組成多通 道測量系統(tǒng)，使系統(tǒng)能正確的測量出動態(tài)電阻，并能顯示在數(shù)碼管上。經(jīng)過測試，在精度范圍內(nèi)，系統(tǒng)能比較準確的測出變化的阻值。本設計完成的工作包括：軟件方面，使用 Keil 平臺進行程序的編譯和測試，使用 Proteus 進行電路的設計和功能的仿真；硬件方面，由 ADC0809 讀取并模數(shù)轉換和單片機讀取處理數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)傳輸?shù)綌?shù)碼管顯示的控制，且使用的顯示電路比較簡單，性價比高。根據(jù)仿真電路進行硬件焊接，然后用開發(fā)板下載程序，調試。所得到的系統(tǒng)比較簡單，運行速度較快。完成這些工作之后，我們得到的系統(tǒng)，可以測試多路動態(tài)電阻值，并 且通過數(shù)碼管顯示出來。滿足設計要求的多通道，動態(tài)，數(shù)字電阻測量儀。并且在范圍為 0— 1 kΩ的范圍之內(nèi)，其精度相當可觀，高于設計要求。根據(jù)測量數(shù)據(jù)我們知道其精度值低于 %。 本系統(tǒng)具有自動采集多通道數(shù)字電阻測量儀，并且能實現(xiàn)動態(tài)的測量。而在現(xiàn)實生活，由于一些傳感器的中一些電阻經(jīng)常會跟環(huán)境的變化而變化，需要對其進行監(jiān)測，比如熱敏電阻會隨溫度的升高電阻減小，光敏電阻會隨光強的增大電阻減小。在如評估 SF6 斷路器滅弧室狀況需要通過動態(tài)電阻測量法測量。 在工程實踐中 ,常需要測定某些高導電材料的電阻率。在科學研究中 ,也經(jīng)常把電阻率測量當成一種對材料的結構和物質形態(tài)變化進行監(jiān)測的手段。但是有些高導電材料的電阻很小 ,采用實驗室一般儀器 ,在很多情況下無法測量 ,而市場上 電阻測量儀價格又非常昂貴。為此 ,設計一種基于微處理器 AT89C51 的智能化 電阻測量系統(tǒng)。 因此， 本系統(tǒng)可以綜合運用到需要檢測電阻值得各個方面，從這個方面說 ， 本設計應該 具有很好的前景。 展望 本系統(tǒng)能實現(xiàn)設計所要求的基本功能，在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測量范圍為 0— 1 kΩ。但是在現(xiàn)實情況下，往往 需 要測量的 電阻往往可能很大或者很小時，那么就無法精確的測量出來了 ，因此 可以 對系統(tǒng)進行 添加多檔測量。多檔 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 30 即通過改變基準分壓電阻值，從而改變測量精度，對不同的電阻進行動態(tài)測量。這樣不僅能有效的降低造價，而且解決了一般 電阻測 量系統(tǒng)具有設置復雜、觀察困難 、 測量靈敏度低的問題。 另外，由于系統(tǒng)的側重問 題，本系統(tǒng)側重的是多通道，動態(tài)測電阻。因此，在外接電阻的時候采用直接焊制。為了方便起見， 可以通 過添加螺絲等一些固定措施來方便系統(tǒng) 對電阻進行測量，并且方便移植再利用。 此外， 還可以通過軟件編譯添加按鍵功能。因為在實時測量過程中， 系統(tǒng)往往需要對單獨的某一路信號進行跟蹤測試。 通過 添加本系統(tǒng) 不具備的一些功能，如添加按鍵實現(xiàn)固定 對某路的控制，以及路數(shù)的切換控制，自動采集顯示控制。這樣方便系統(tǒng) 更好的進行數(shù)據(jù)采集。 總的來說， 本系統(tǒng)作為初始樣機已用于實際研究工作并已取得了滿意的結果 。 然而還有不盡人意之處 ,有待于作進一步的改進提高 。 還可以通過 加入微機接口電路 與計算機直接相連， 改進系統(tǒng)結構 ,使之可與徽機構成系統(tǒng) ,成為計算機控制的材料電阻測 量 系統(tǒng) 。實現(xiàn)計算機對其進行數(shù)據(jù)記錄，管理和監(jiān)測。具體的實踐有待于進一步摸索。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 31 參考文獻 [1] 趙文博 ,劉文濤 .單片機語言 C51 程序設計 .北京 :人民郵電出版社 .. [2] 方彥軍 , 孫健 . 智能儀器技術及其應用 . 第一版 . 北京 :化學工業(yè)出版社 , 20xx. 2~10. [3] 王幸之 ,鐘愛琴 ,王雷 .AT89 系列單片機原理與接口技術 .第一版 .北京 :北京航空航天大學出版社 ,. [4] 張翔焜 .半導體傳感器的發(fā)展和展望 .集成電路應用 , 1~5. [5] 史健芳 ,鐘秉翔 ,廖述劍等 . 第一版 . 智能儀器設計基礎 . 北京 : 電子工業(yè)出版社 , 20xx. 5~14. [6] 韓志嶸 .常用電阻測量方法的研究 .貴陽學院學報， , 第 3 期 [7]鄭善祥，雷金奎 .基于 MSP430F169 的多路電阻測量系統(tǒng)設計 .現(xiàn)代電子技術，第 35 卷第 2 期 . [8] 蔡美琴、張為民等 MCS51 系列單片機系統(tǒng)及其應用 ,第二版 .高等教育出版社 , . [9] ADC0809 中文資料以及單片機接口電路設計與程序 . [10]方江、郭勇 .基于 ADC0809 和 51 單片機的多路采集系統(tǒng) .通用元器件 ,20xx. 4,第 13卷第 4 期 [11] 6 位 7 段 LED 數(shù)碼管顯示 . [12]蘭圖 .基于 ADC0809 的數(shù)字電壓表 .科技資訊， 20xx 第 22 期 . [13]許超 ,吳新杰 ,張丹 .基于 Proteus 和 Keil 的單片機課程教學改革 .遼寧大學學報 .20xx. [14]蘇培華，師玉軍 .各種單片機編程語言比較 .西安文理學院學報， 第 11 卷 第 3 期 [15] 嚴天峰 .單片機實用講座第八講定時 /計數(shù)器及其用法 .電子世界， 20xx 第 10 期 [16]Scheinfeld Noah S. Trends in the use of cameras and puter technology among dermatologists in New York City 20xx20xx.. [J].Dermatologic Surgery,20xx,29(8) [17]Munoz , Antonio , Molina , the MCLR pin as an output with PIC Microcontrollers. EDN, 20xx, (1), . [18] Ning Xin, Ning Lipu, Yang Binfeng, .Design of Environment Supervision System Based on of the Third International Symposium on Test Automation amp。 Instrumentation (). 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 32 致 謝 衷心 的感謝指導老師劉劍橋，在畢設完成實施的過程中給予我的鼓勵和幫助，由于本人這學期 初忙于研究生復試 ， 劉 老師一直 提醒我畢設進程，以及及時的通知各種變動信息。并且在進程中 給及了我細致，耐心的指導。感謝 金國華老師 ，在硬件測試實現(xiàn)、程序調試階段提供給我的使用器械和幫助 。感謝大家在畢設期間對我的鼓勵，給我的建議。在此向老師和同學表示我衷心的感謝。 1 附錄 1 include define R0 unsigned char code dispbitcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}。 unsig