【導(dǎo)讀】路變化電阻的多通道動(dòng)態(tài)電阻測(cè)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(shí)現(xiàn)電阻的動(dòng)態(tài)測(cè)量很重要。配合自行設(shè)計(jì)的外圍電路，結(jié)合單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)阻值跨度在1. 示；實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與ADC0809芯片，單片機(jī)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(jī)專用語言編寫，利用。Keil51編譯器編譯，產(chǎn)生的目的代碼的運(yùn)行速度高，所需存儲(chǔ)空間小。分析，并且對(duì)系統(tǒng)的局限性進(jìn)行了討論。順序依次將每個(gè)通道所測(cè)量的電阻值依次發(fā)送到數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)多路顯示。

　　

【正文】 調(diào)試是選一路進(jìn)行調(diào)試，其他 5 路閑置，當(dāng)數(shù)碼管能正常顯示數(shù)據(jù)時(shí)，再用萬用表進(jìn)行測(cè)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?cè)賹?shí)現(xiàn) 6 路通道自動(dòng)顯示調(diào)試。經(jīng)過調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，電路的中斷時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初始化的時(shí)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(diào)試，通過開發(fā)板將程序下載到單片機(jī)上，就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)置 所需的功能了。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。根據(jù)圖中 使用的 6 路被測(cè)電阻中，前五路使用的是 1KΩ 的滑動(dòng)變阻器，最后一路使用的是固定電阻。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試 得出 以下結(jié)果： 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 24 圖 42 六路信號(hào)的測(cè)量結(jié)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(cè)量 由于基準(zhǔn)電阻是 kΩ，根據(jù)電路的測(cè)法，系統(tǒng) 用固定的電阻經(jīng)過電路測(cè)量，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)如下： 實(shí)際電阻（ kΩ） 測(cè)量電阻 （ kΩ） 實(shí)際電阻（ kΩ） 測(cè)量電阻 （ kΩ） 根據(jù) 設(shè)計(jì)思路，理論上其測(cè)量范圍是 0~10 kΩ。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。可以 根據(jù)上表分析，用 matlab 分別做出 0~1 kΩ， 1KΩ~10 kΩ， 0~10 kΩ的實(shí)際值和測(cè)量值得偏差關(guān)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(cè)量范圍是否符合精度要求。 圖 43 實(shí)際電阻對(duì)應(yīng)的測(cè)量值 （ 0~10 kΩ） 圖 44 實(shí)際電阻對(duì)應(yīng)的測(cè)量值 （ 0~1 kΩ） 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 26 圖 45 實(shí)際電阻對(duì)應(yīng)的測(cè)量值 （ 1 kΩ~1 kΩ） 誤差分析 根據(jù)上 圖 4 4 45 可知，實(shí)際電阻對(duì)應(yīng)的測(cè)量值基本上與其實(shí)際值是相符合的。特別是在 0~1KΩ 的時(shí)候，誤差很小。下面我們通過計(jì)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(shí)際電阻值與測(cè)量值得偏差表示；用 Ai 表示實(shí)際電阻值， Bi 表示測(cè)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(jì)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(dāng)被測(cè)電阻阻值在 0~1 kΩ時(shí)，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(dāng)阻值為 時(shí)，被測(cè)電阻值為 kΩ，此時(shí)絕對(duì)誤差最大，其相對(duì)誤差也為最大，等于 %，小于%，此范圍上精度的要求是滿足的。當(dāng)被測(cè)電阻阻值在 1 kΩ~10 kΩ時(shí)，平 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 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(duì)來說比較均勻，但是其平均誤差比較大。而且在 ，最大絕對(duì)誤差為 490Ω， 此時(shí)相對(duì)誤差最大為 %，遠(yuǎn)大于 %。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。再分析被測(cè)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(duì)誤差小于 %的話，該將測(cè)量范圍確定為 0 到 1K。當(dāng)超出 1K 而小 于 10K 同樣能測(cè)，但是精確度不高，應(yīng)該慎用。 圖 46 被測(cè)電阻和基準(zhǔn)分壓電阻 造成當(dāng)電阻大于 1 kΩ 時(shí)，精確度不高的主要原因在于，我們使 用的基準(zhǔn)分壓電阻，由 圖 46 所示， R7 為基準(zhǔn)分壓電阻，其阻值為 kΩ，當(dāng)阻值比較大時(shí)，基準(zhǔn)分壓電阻分到的電壓就比較小，而電路的各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接等環(huán)節(jié)是有阻抗的，這樣會(huì)影響基準(zhǔn)電阻的電壓值，從而會(huì)到 ADC0809 采集到的電壓數(shù)據(jù)。這樣一來系統(tǒng)測(cè)量阻值較大的電阻時(shí)，其精確度就會(huì)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(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 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。實(shí)際上，系統(tǒng)測(cè)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(cè)電阻端，系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單的焊接固定了被測(cè)電阻，不方便系統(tǒng)的二次運(yùn)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(fù)極， 這樣一來就 方便拆卸 了 。 本系統(tǒng)的測(cè)量范圍有限。在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測(cè)量范圍只有 0~1 kΩ。即使將基準(zhǔn)分壓電阻變大，也只能是測(cè)量值變大，比如精度范圍內(nèi)，其 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 28 測(cè)量范圍為 kΩ~100 kΩ。其實(shí)際測(cè)量跨度，不會(huì)超過 4 個(gè)數(shù)量級(jí)。由于本系統(tǒng)用的是多路測(cè)量電阻，如果被測(cè)電阻阻值跨度較大，就無法在同一系統(tǒng)中同時(shí)正確顯示了。 本系統(tǒng)的多通道是自動(dòng)控制的。也就是說，它是按照通道的自然順序，依次動(dòng)態(tài)顯示的。而在現(xiàn)實(shí)中， 往往需要實(shí)時(shí)監(jiān)控某一路的電阻，但由于系統(tǒng)是多路滾動(dòng)式的顯示，故而兩個(gè)測(cè)量結(jié)果的時(shí)間間隔會(huì)比較大，當(dāng)電阻隨時(shí)間變化比較大的時(shí)候，測(cè)量的結(jié)果會(huì)不完全。也就是說它的實(shí)時(shí)性可能會(huì)比較差。 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。經(jīng)過測(cè)試，在精度范圍內(nèi)，系統(tǒng)能比較準(zhǔn)確的測(cè)出變化的阻值。本設(shè)計(jì)完成的工作包括：軟件方面，使用 Keil 平臺(tái)進(jìn)行程序的編譯和測(cè)試，使用 Proteus 進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和功能的仿真；硬件方面，由 ADC0809 讀取并模數(shù)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)讀取處理數(shù)據(jù)，并實(shí)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(jiǎn)單，性價(jià)比高。根據(jù)仿真電路進(jìn)行硬件焊接，然后用開發(fā)板下載程序，調(diào)試。所得到的系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較快。完成這些工作之后，我們得到的系統(tǒng)，可以測(cè)試多路動(dòng)態(tài)電阻值，并 且通過數(shù)碼管顯示出來。滿足設(shè)計(jì)要求的多通道，動(dòng)態(tài)，數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x。并且在范圍為 0— 1 kΩ的范圍之內(nèi)，其精度相當(dāng)可觀，高于設(shè)計(jì)要求。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)我們知道其精度值低于 %。 本系統(tǒng)具有自動(dòng)采集多通道數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x，并且能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的測(cè)量。而在現(xiàn)實(shí)生活，由于一些傳感器的中一些電阻經(jīng)常會(huì)跟環(huán)境的變化而變化，需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比如熱敏電阻會(huì)隨溫度的升高電阻減小，光敏電阻會(huì)隨光強(qiáng)的增大電阻減小。在如評(píng)估 SF6 斷路器滅弧室狀況需要通過動(dòng)態(tài)電阻測(cè)量法測(cè)量。 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。在科學(xué)研究中 ,也經(jīng)常把電阻率測(cè)量當(dāng)成一種對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)形態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的手段。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 ,在很多情況下無法測(cè)量 ,而市場(chǎng)上 電阻測(cè)量?jī)x價(jià)格又非常昂貴。為此 ,設(shè)計(jì)一種基于微處理器 AT89C51 的智能化 電阻測(cè)量系統(tǒng)。 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 ， 本設(shè)計(jì)應(yīng)該 具有很好的前景。 展望 本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的基本功能，在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測(cè)量范圍為 0— 1 kΩ。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)，那么就無法精確的測(cè)量出來了 ，因此 可以 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 添加多檔測(cè)量。多檔 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 30 即通過改變基準(zhǔn)分壓電阻值，從而改變測(cè)量精度，對(duì)不同的電阻進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。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)量靈敏度低的問題。 另外，由于系統(tǒng)的側(cè)重問 題，本系統(tǒng)側(cè)重的是多通道，動(dòng)態(tài)測(cè)電阻。因此，在外接電阻的時(shí)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(duì)電阻進(jìn)行測(cè)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?yàn)樵趯?shí)時(shí)測(cè)量過程中， 系統(tǒng)往往需要對(duì)單獨(dú)的某一路信號(hào)進(jìn)行跟蹤測(cè)試。 通過 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。這樣方便系統(tǒng) 更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 總的來說， 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 。 然而還有不盡人意之處 ,有待于作進(jìn)一步的改進(jìn)提高 。 還可以通過 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) 。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，管理和監(jiān)測(cè)。具體的實(shí)踐有待于進(jìn)一步摸索。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 31 參考文獻(xiàn) [1] 趙文博 ,劉文濤 .單片機(jī)語言 C51 程序設(shè)計(jì) .北京 :人民郵電出版社 .. 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