基于单片机STC89C52的电阻测量系统设计

张常友

摘 要：本系统以单片机STC89C52为数据处理和控制芯片，采用恒压源给待测电阻提供稳定电压，通過采样待测电阻Rx上的电压值，经放大后送至A/D转换，然后送人MCU进行数据处理，并将测量结果通过LCD12864液晶显示。该测试系统能够实现1Ω～10MΩ电阻量程的自动切换、自动筛选，并且可以对电位器的阻值变化进行扫描测试，并将测试得到的曲线在LCD12864液晶显示。

关键词：恒压源；单片机；A/D转换

随着电子工业的发展，电子元器件种类增多，电阻作为各类电子元器件中用量最多的器件，它的精确与否对产品的性能影响很大，现在的一些精度高的电阻测量仪器价格偏高或者操作复杂。本系统采用通用单片机STC89C52实现1Ω～10MΩ电阻量程的自动切换、自动筛选，在自动筛选功能上可以实现测量范围设定，对不满足产品要求的电阻能够声音报警；对电位器的检测可以在液晶显示器上画出阻值变化曲线，能方便的检测出电位器阻值变化是否符合产品设计的需求。

1 系统总体设计

系统总体设计框图如图1所示。该系统通过数据采集单元采集到待测电阻上的电压值，然后经运放OP07放大后送入A/D转换单元，由高精度12位A/D转换器TLC2543来完成数据的转换，并送入MCU处理器处理后送到显示系统。

1.1 MCU处理器的选择

系统选用STC89C52作为MCU处理器，其主要特点：STC89C52与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容是一种低损耗、高性能、CMOS构架的八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，而且擦写时间仅需10毫秒，并能将数据保存时间为十年。只要程序长度小于4K，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽（2.7V～6V），全静态工作，工作频率宽在0Hz～24MHz之间比8751/87C51等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性，系统工作频率能快能慢。

1.2 A/D转换器的选择

根据测量的精度和端口的要求，系统选用TLC2543作为A/D转换器。TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，工作温度范围内10μs转换时间，11个模拟输入通道，3路内置自测试方式，采样率为66kbps，线性误差±1LSBmax，有转换结束输出EOC，具有单、双极性输出，可编程的MSB或LSB前导，可编程输出数据长度。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。

2 主要硬件电路设计

2.1 自动档位切换电路设计

因为从1Ω～10MΩ电阻阻值跨度太大，为了测量的准确度，设计中利用继电器实现档位的自动切换。电路采用LM7805构成恒压源，R1，R4为两个高精度基准电阻，RX为被测电阻，Rx两端电压值由后级电路TLC2543采集。采用继电器来实现100，1K，10K和10M之间的量程的自动切换。在电路中被测电阻Rx将和一个高精度的已知基准电阻R2串联，在两个电阻的两端加一个已知的恒定电压V，设Rx两端的电压为V1，R2两端的电阻为V2，根据欧姆定律，

R1/（Rx+R2）×V=Vx

化简可得 R1=（Vx×R2 ）/（V-Vx）

由于Vx，R2，已知，Vx由电路自动测量得到，经过单片机计算可得出被测电阻的阻值。

2.2 A/D采样电路设计

TLC2543为12位的A/D转化芯片，有12个模拟输入通道，分辨率达4096。程序设计采用模拟通道AIN0端，并用高输入阻抗运放OP07阻抗匹配，提高测试精度.以及电路的稳定性。图中OP07的3脚为放大后的采样电压输入端，输入的模拟电压经TLC2543进进行A/D后。数字量以SPI总线数据传输的方式与单片机进行数据传送。

2.3 MCU控制及显示电路设计

单片机系统电路如图2所示。该模块是整个系统的核心，主要由STC89C52单片机、电机驱动和ULN2003和12864液晶显示器组成，具有电阻阻值的数据采集、处理、显示等功能。

3 系统软件设计

软件设计主要包括主程序模块和自动量程切换模块的设计，主程序主要包括STC89C52的初始化、数据采集、数据处理、显示等。自动量程切换模块主要包括阻值测量、判断阻值是否超出范围等。

[参考文献]

[1]沈元隆，周井全.《信号与系统》[M].北京：人民邮电出版社，2007年.

[2]康华光.《电子技术基础-模拟部分》[M].北京：高等教育出版社，2006年.