自动化论文范文自动电阻筛选测试仪的设计

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发布时间：2013-12-30 15:02:06  更新时间：2013-12-30 15:31:05

　　摘要：设计一款简易电阻筛选测试仪，以TI公司生产的MSP430F449单片机为核心，采用A/D功能进行电阻信号的采集、处理，以矩阵键盘实现输入电阻元器件的筛选条件。并通过LCD12864完成阻值筛选测试直观显示，实现语音自动阻值播报，并提供了友好人机交互界面，本设计实现了具有精度高、可自动转换量程功能的电阻筛选测试仪，易于实现。

　　关键词：MSP430F449单片机,矩阵键盘,电阻筛选测试仪,自动化论文范文

　　1引言

　　设计一款制动自动电阻筛选测试仪，测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档。测量准确度为±1%，能自动显示小数点和单位，测量速率大于5次/秒。100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能。即在进行电阻筛选测量时，用户通过键盘输入要求的阻值和筛选的误差值；测量时，具有自动筛选功能，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否符合筛选要求的指示，设计结果表明，效果比较理想。

　　2方案论证与比较

　　2.1系统总体设计方案

　　以TI公司生产MSP430F449单片机为核心，外围电路可分为电源模块、数据采集模块、人机交互模块、打印模块、声光报警模块、语音模块、辅助模块等。数据采集模块负责采集电阻阻值；人机交互模块包括键盘输入、12864液晶显示；处理器MSP430F449负责协调整个系统的数据处理，人机交互等。总体设计框图如图1。

　　2.2芯片的选择

　　采用AT89C51系列单片机编程自由度大，但其内部总线是8位的，受其结构本身限制很大。

　　MSP430系列单片机是16位单片机。具有功耗低，功能强大，运行速度快，接口丰富等特点，具有简洁的指令结构，在低功耗方面优越之处是其他系列不可比拟的，因此MSP430更适合应用于仪器、仪表类产品中，其基本架构是16位，同时在其内部的数据总线经过转换还存在8位的总线。

　　基于上述分析，考虑到设计时对A/D转换的精度要求，故选择MPS430F449单片机作为控制主芯片，既方便程序编写和烧录，又方便控制功能快捷实现。

　　2.3键盘模块

　　采用独立键盘接口设计时每个按键需要占用一根输入口线即占用一个I/O口，独立式按键电路配置灵活，在需要按键较少场合，会获得较好实用效果。

　　采用矩阵键盘接口设计，在需要按键较多场合很实用，采用常用扫描法对键盘进行识别优点很显著，缺点也是由于需要不断地扫描，所以这种设计容易消耗较多的系统资源。由于考虑到本设计需要使用多个按键，MSP430又有丰富的接口，故可以选择此键盘

　　2.4显示模块

　　LCD12864液晶显示具有可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强，显示内容多，字码显示柔和，串口通信，利用的I/O口少等特点。只要用一块LCD12864显示屏就可以显示设计要求的全部内容。此外，采用LCD12864液晶显示有着良好人机界面，控制简单，编制易懂中文分级菜单界面，优势明显。

　　3系统硬件设计

　　3.1硬件系统工作原理

　　基于欧姆定律，通以恒定的电压，用A/D功能采集基准电阻上的分压信号，转换成数字信号，得出基准电阻的分压，然后通过编程控制单片机计算出待测电阻的分压，求出电流，从而求得待测电阻阻值，送入显示模块显示，用继电器、三极管通过程序来控制档位的切换。

　　3.2单元电路的功能设计与分析

　　3.2.1电阻测量模块的设计

　　用四个继电器、四个三极管结合编程实现电阻的测量，根据阻值控制档位的切换。采集到电阻的分压，使用电压跟随器连接到单片机的A/D输入端。

　　3.2.2按键模块的设计

　　采用矩阵键盘接口设计，用键盘扫描法。当按键按下时，该输入线电平会发生相应变化，通过检测电平状态就可以判断哪个键被按下，电路图如图2。

　　3.2.3声光报警模块的设计

　　在筛选器件时，若达到要求，蜂鸣器会发出“滴滴”的报警声、指示灯闪烁进行提示。电路图如图3。

　　4系统软件设计

　　4.1程序总体流程图

　　在主程序模块中，需要完成显示模块、按键模块、电阻采集模块、警报模块、各参量和接口的初始化以及中断、计算、循环等工作，主流程图如图4所示。

　　4.2筛选模块流程图

　　删选流程图如下图5所示：

　　5测试结果与分析

　　5.1基本部分测试与分析

　　运用公式：绝对误差=|测得阻值-电阻实际值|。

　　相对误差=|测得阻值-电阻实际值|/电阻实际值。

　　测试数序如表1所示，经测验，设计此款电阻测试仪误差很小。

　　5.2设计展示及分析

　　通过上述设计，完成了样机整体设计，测试效果比较理想，如图6所示。

　　参考文献

　　[1]沈建华，杨艳琴.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

　　[2]杨媛如，徐熙平.小电阻精密测量系统的设计[J].电子测量技术，2010，33（04）：16-18.

　　[3]闫方举，刘培顺，杨卫平.基于MSP430单片机Slope功能的电阻测量[J].科技信息，2011，01（08）：451-452.

　　[4]谭成豪，许建明.试述51系列单片机矩阵键盘编程[J].科技传播，2011，39（06）：197-198.

　　[5]李志广，李晓泉，淮俊霞.中文图形12864点阵液晶显示模块与51单片机的并行接口电路及C51程序设计[J].现代显示，2008，90（07）：41-44.

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