【正文】 cation of the resistance of designs, the dosimeters through detecting the electrical resistance equal to voltage with high precision, the enlargement of the signal, the voltage converter by a d the analog signals into digital signal. the figures at89c51 monolithic integrated circuits after the signal is sent, filter software and error, the LCD display the output of resistance. the instrument is a circuit design simple, temperature and practicality. high precision。例如電感器、變壓器中往往存在銅電阻，地鐵鐵軌的電阻；由于其數(shù)值較小，一般的指針萬用表無法測量出來；通常實驗室里會用電橋進行測量，但電橋操作手續(xù)較煩，又不能直接讀出被測 電阻阻值。該測量儀可直接從 LCD顯示屏上讀出所測得的電阻值，測量范圍為 1mΩ～ 1Ω。%，并采用四端測量法，電阻值不受引線長短及接觸電阻的影響。可用于實驗室、研究所，尤其適用于工作現(xiàn)場。 方案論證 設(shè)計中主要采用了兩個方案，具體的方案見方案一和方案二。 圖 測量電阻 方案一框圖 方案二： 恒流源測量 方案 見圖 一恒定電流，這樣電阻兩端的電壓為電阻與電壓的積，電路中通過的電流較小，待測電阻的阻值也很小，電阻所產(chǎn)生的熱量可忽略不計，這樣消除了溫度對測量精確性的影響，將測量電壓通過差分式放大電路，通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送入單片機中進行處理，最后將測量結(jié)果顯示在 LCD 顯示器上。而方案二中，讓待測電阻通過一恒流源， 能夠產(chǎn)生一穩(wěn)定的電壓，并且線性 慣性非常好，精度也能達到要求，因此設(shè)計采用了方案二。最后將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送入單片機中進行處理，最后顯示輸出在 LCD 顯示器上。此部分電路可產(chǎn)生一恒定電流，電流大小為 。因為差動放大器具有雙端輸入 — 單端輸出，共模 抑制比較高的特點，通常用作傳感器或測量儀器的前端放大器。電路原理圖如下： 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 7 頁 67423U174167423U274167423U474167423U3741R110KR210KR312KR412KR5100KR6100KR7100KR8100KR1022KR1122KR922KC1C2W110K1 2 3 4J1CON4_1OutGNDGNDGNDGNDGNDGND9v+9v+9v+9v9v+9v9vOutGNDINI9v +9v9v12J2CON2 圖 弱信號檢測放大器原理圖 上圖為弱信號檢測放大器， J2 為待測電阻的測量端口，該電路的放大增益為： 5814312 )1( RRW RRVV VA OVD ????? （ 2） 測試儀中取 8R = 5R =100K,設(shè)計要求檢測 ~1Ω電阻，經(jīng)過分析放大倍數(shù)為 30 倍時能達到設(shè)計要求，且有較好的線性關(guān)系和非常小的誤差。 測量信號轉(zhuǎn)換模塊 測量信號轉(zhuǎn)換模塊將前級檢測放大的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后送入 AT89C51 單片機處理顯示。再通過兩個 Q 觸發(fā)器所構(gòu)成的 4 分頻模塊，最后送入 ICL7135 的 CLK管腳的時鐘頻率為 500KHz。 將接收到的脈沖數(shù)進行誤差處理，使用擬合方法，可以得到輸入電壓與脈沖的一個線性關(guān)系，經(jīng)過軟件算法的處理，最后通過 LCD 顯示器輸出顯示出所測得的電阻值。20210 個數(shù)字量 ,有 STB 選通控制的 BCD碼輸出 ,與微機接口十分方便 .ICL7135具有精度高 (相當于 14位 A/D轉(zhuǎn)換 ),價格低的 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 9 頁 優(yōu)點 .其轉(zhuǎn)換速度與時鐘頻率相關(guān) ,每個轉(zhuǎn)換周期均有 :自校準 (調(diào)零 ),正向積分 (被測模擬電壓積分 ),反向積分 (基準電壓積分 )和過零檢測四個階段組成 ,其中自校準時間為 10001個脈沖 ,正向積分時間為 10000 個脈沖 ,反向積分直至電壓到零為止 (最大不超過 20211 個脈沖 ).故設(shè)計者可以采用從正向積分開始計數(shù)脈沖個數(shù) ,到反向積分為零 時停止計數(shù) .將計數(shù)的脈沖個數(shù)減 10000,即得到對應(yīng)的模擬量 .圖 給出了 ICL7135 時序 ,由圖可見 ,當 BUSY變高時開始正向積分 ,反向積分到零時 BUSY變低 ,所以 BUSY可以用于控制計數(shù)器的啟動 /停止 . ICL7135 為 DIP28 封裝 ,芯片 引腳 排列如圖 所示 ,引腳 功能及含義如下 : (1)與供電及電源相關(guān)的 引腳 (共 7腳 ) .V:ICL7135 負電源引入端 ,典型值 5V,極限值 9V。 .DGND:數(shù)字地 ,ICL7135 正 ,負電 源的 低電平 基準 。 .AC:模擬地 ,典型應(yīng)用中 ,與 DGND(數(shù)字地 )一點接地 。 .INLO:模擬輸入負 ,當模擬信號輸入為單端對地時 ,直接與 AC相連 . 圖 ICL7135時序 西華大學(xué)課程設(shè)計說明書 第 10 頁 圖 ICL7135 芯片 引腳圖 (2)與控制和狀態(tài)相關(guān)的 引腳 (共 12腳 ) .CLKIN:時鐘信號輸入 .當 T=80ms時 ,fcp=125kHz,對 50Hz工頻干擾有較大抑制能力 ,此時轉(zhuǎn)換速度為 3 次 / fcp=1MHz 時 ,轉(zhuǎn)換速度為 25 次 /s. .REFC+:外接參考電容正 ,典型值 1μF. .REFC:外接參考電容負 . .BUFFO:緩沖放大器輸出端 ,典型外接積分電阻 . .INTO:積分器輸出端 ,典型外接積分電容 . .AZIN:自校零端 . .LOW: 欠量程信號輸出端 ,當輸入信號小于量程范圍的 10%時 ,該端輸出高電平 . .HIGH:過量程信號輸出端 ,當輸入信號超過計數(shù)范圍 (20211)時 ,該端輸出高電平 . .STOR:數(shù)據(jù)輸出選通信號 (負脈沖 ),寬度為時鐘脈沖寬度的一半 ,每次 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時 ,該端輸出 5 個負脈沖 ,分別選通由高到低的 BCD 碼數(shù)據(jù) (5 位 ),該端用于將轉(zhuǎn)換結(jié)果打到 并行 I/O接口 . .R/H:自動轉(zhuǎn)換 /停頓控制輸入 .當輸入高電平時 。當輸入為低電平時 ,轉(zhuǎn)換結(jié)束后需輸入一個大于 300ns 的正脈沖 ,才能啟動下一次轉(zhuǎn)換 . .POL:極性信號輸出 ,高電平表示極性為正 . .BUSY:忙信號輸出 ,高電平有效 .正向積分開始時自動變高 ,反向積分結(jié)束時自動變低 . (3)與選通和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)的 引腳 (共 9腳 )39。 .D5:萬位選通 。 主程序設(shè)計：當 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)送入單片機內(nèi)部后，單片機就采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)采集到內(nèi)部存儲器的存儲單元存儲，將輸入的 脈沖數(shù)經(jīng)過計算轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電阻值 。 單片機從 A/D 轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)的程序設(shè)計： 由于單片機是從 ICL7135 的 BUSY 端口讀入脈沖數(shù)，程序初始化后將不斷的從該端口讀 入脈沖數(shù)，為了減小由電路原因引起的誤差，此處應(yīng)采用軟件濾波方法，本設(shè)計中使用中值濾波法，連續(xù)采樣 9 次以后，使用中間值作為此次采樣的最終數(shù)據(jù)。 顯示程序： 因為 LCD1602 接收的是 ASIIC 碼，所以應(yīng)將測量的電阻值大小轉(zhuǎn)換為 ASIIC碼，直接送入 LCD1602 顯示。該部分調(diào)試，主要采用 Proteus7 的 ISIS 軟件進行仿真 。 恒流源調(diào)試 本測試儀中，系統(tǒng)依據(jù)待測電阻兩端的電壓來判斷其電阻值的大小，所以該電壓要非常的穩(wěn)定。而測量電阻的電阻值可以認為是一常量，所以測量的精度是否達到要 求，主要在于恒流源的穩(wěn)定性。 在實際制作過程中，還應(yīng)考慮三極管功耗的問題，因為改恒流源的電流為 ，三極管的功率不夠的話，可能造成三極管的損壞，發(fā)熱過高的話也會造成三極管的不穩(wěn)定，所以應(yīng)選用功率高，散熱效果好的三極管。 該部分的設(shè)計要求是，對電壓檢測的小信號進行 30 倍放大，理論計算值 W1=，所以在設(shè)計時應(yīng)選用 10k 的滑動變阻器，即可達到設(shè)計要求，在調(diào)試該部分時，可以選用一個阻值為 1Ω的精密電阻進行調(diào)試，改變滑動變阻器的值，將輸出電壓 控制在 ，越接近說明精度越高，測量誤差也就越小。根據(jù)理論值計算，單片機接收的脈沖數(shù)應(yīng)該是 AD 轉(zhuǎn)換數(shù)字量加上正向積分時間（ 10000 個脈沖），根據(jù)理論輸出的脈沖數(shù)與 AD 轉(zhuǎn)換的脈沖數(shù)有一定的誤差，最后調(diào)試得出。 考慮本測試儀的測試范圍，假如測試電阻大于 1Ω ，可能造成 AD 轉(zhuǎn)換輸出量的飽和現(xiàn)象，這樣會造成較大的測量誤差 ，所以應(yīng)判斷所測電阻是否滿足量程，若不滿足，應(yīng)在 LCD上輸出提示操作人員，測量溢出。 在 數(shù)據(jù)處理模塊，由于所接收的脈沖數(shù)數(shù)值很大，而所測量的電阻數(shù)值較小，并且 51單片機的 C 語言所表示的數(shù)據(jù)范圍有限。將處理算法經(jīng)過處理后，進行整數(shù)運算為佳。在處理算法上應(yīng)對該誤差進行補償。由于， LCD1602 接收的是 ASIIC 碼，所以應(yīng)將所測電阻的十進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 ASIIC 碼，最后輸出顯示即可。% 。 下表為測量參數(shù)記錄表： 測量電阻 （ Ω ） 輸入電壓 （ V） AD轉(zhuǎn)換脈沖數(shù) （個） 顯示結(jié)果 （ Ω ） 19581 Over flow! 1 19197 1 9595 4795 2298 1145 569 281 128