项目二十三:电阻测量(需要简单的外围检测电路，将电阻转换为电压)测量100，1k，4.7k，10k，20k的电阻阻值，由数码管显示。要求测试误差 ＜10%

发布于：2024-12-18 ⋅ 阅读:(9) ⋅ 点赞:(0)
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01 方案选择

使用单片机测量电阻有多种方法，以下是一些常见的方法及其原理：

  1. 串联分压法（ADC）
    • 原理：根据串联电路的分压原理，通过测量已知电阻和待测电阻上的电压，计算出待测电阻的阻值。
    • 优点：电路简单，易于实现。
    • 缺点：测量精度受电源电压稳定性和电压测量精度的影响。

对于89C5x单片机一般需要外接PCF8591（A/D转换芯片）

  1. 直流电桥法
    • 原理：利用直流电桥的平衡原理，通过调节电位器使电桥平衡，从而计算出待测电阻的阻值。
    • 优点：测量精度较高。
    • 缺点：电路相对复杂，调节较为麻烦。
  2. 恒流源法
    • 原理：将恒流源施加到待测电阻上，通过测量电阻两端的电压来计算电阻值。
    • 优点：测量精度较高，不受电源电压波动的影响。
    • 缺点：需要稳定的恒流源电路，实现相对复杂。
  3. 频率法
    • 原理：利用RC振荡电路和555定时器电路，将电阻转换为频率信号，通过测量频率来计算电阻值。
    • 优点：测量速度快，适用于动态测量。
    • 缺点：测量精度受振荡电路稳定性和频率测量精度的影响。
  4. IO口测量法
    • 原理：使用单片机的IO口通过电容充电时间来测量电阻。电容充电时间与电阻成正比，通过测量充电时间来计算电阻值。
    • 优点：不需要额外的AD转换电路，利用单片机IO口即可实现。
    • 缺点：测量精度受单片机定时器精度和电容稳定性的影响。

以为大部分单片机通用，试了一下，发现STC89C52内部上拉有干扰

 

 

2 使用单片机的IO口通过电容充电时间来测量电阻

测量原理

  1. 使用两个单片机IO口，连接两个电阻，向同一个电容充电。设置一个IO口为输出端口，另一个为输入端口。
  2. 输出端口通过连接的电阻向电容充电。电容上的电压上升，当超过一定阈值，输入端口逻辑电平就会变成1。

关于阈值可以通过输入三角波得到，但是我们并不需要知道（比值可消）99126bcfc5a84b4aa57d25850d074516.png

  1. 这个充电时间与终止电压、阈值电压以及RC对应的时间常数有关系。具体数值由这个公式决定： 30fcd464644a4d1b9cb8b1ea4229dad3.png

 

 

  1. 对应的时间与R2成正比。因此，两次时间的比值，就等于电阻的比值。如果已知其中一个电阻阻值，另外一个电阻便可以根据时间比值计算出来。12

实验步骤

  1. 需要一个电容和两个电阻。电容容值为313.8nF，电阻1的阻值为19.545kΩ；电阻2的阻值为4.718kΩ。
  2. 电容一端接地，另外一端与两个电阻相连。两个电阻分别与单片机的PF0，PF1端口相连。
  3. 设置PF0为输出端口，PF1为输入端口。周期改变PF0高低电平。分别测量PF0，以及电容上的电压信号。
  4. 测量软件先将PF0，PF1输出0电平，对于电容进行放电。然后将其中一个设置为输入端口，另外一个置为高电平，对电容充电。同时启动定时器1进行计时。
  5. 在此过程中，监视输入端口逻辑电平是否为1。当输入端口变为1时，停止定时器，并读取时间。然后再进行放电，更换另外一个端口为输入端口。测试充电时间。1

实验结果

  1. 测试298个数据进行统计。数据的平均值为4.119，标准方差为0.043。测量平均值比实际电阻比值4.143小了0.6%。1

 

 

3 硬件部分

e9f4b94ced6a4c16ad5335c27db2d68c.png

 

 

 

4 软件部分

 

介绍：

STC89C52的端口P2是一个双向I/O口，每个引脚（如P2.0、P2.1等）

P0=1时为上拉输出，P0=0时为低电平输出

因此在已有上拉输入的条件下，也同样理论可行

6ac84b4801f64f76ae51e13641b7fbba.png最终按照如图思路把代码改出来了，但发现因为单片机太低级了，影响了开发效率

那就准备直接ADC写了算了

main.c

#include <reg52.h>//0.000 001 085069444444444=1
sbit  IO1 = P2^2;
sbit  IO2 = P2^3;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void Delay_ms(int ms)	//@11.0592MHz
{
	unsigned char data i, j;
	do
		{
			i = 15;
			j = 90;
			do
			{
				while (--j);
			} while (--i);
    }while (--ms);
}


unsigned char code LedChar[] = {  //数码管显示字符转换表
    0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
    0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = {  //数码管显示缓冲区
    0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};


bit StopwatchRunning = 0;  //秒表运行标志
bit StopwatchRefresh = 1;  //秒表计数刷新标志
unsigned char DecimalPart = 0;  //秒表的小数部分
unsigned int  IntegerPart = 0;  //秒表的整数部分
unsigned char T0RH = 0;  //T0重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0;  //T0重载值的低字节
unsigned long time_R1, time_R2; // 用于存储充电时间
unsigned long Rx = 0; 
float ratio =0;
unsigned char flag1s = 0;
void ConfigTimer0(unsigned int ms);
unsigned long timer_read();
void U_Measure();
void LedScan();
void LCD_paly();
void main()
{
    EA = 1;      //开总中断
    ENLED = 0;   //使能选择数码管
    ADDR3 = 1;
    P2 = 0xFE;   //P2.0置0，选择第4行按键作为独立按键
		ConfigTimer0(6);  //配置T0定时2ms
    
    while (1)
    {
			U_Measure();
			while (1)
			{
				LedScan();
				LCD_paly();
			}
    }
}


void U_Measure()
{
	 // 第一步：放电
        IO1 = 1;
        IO2 = 1;
        TR0 = 0;
        Delay_ms(20); // 确保电容放电干净

        // 第二步：测量参考电阻回路上的充电时间
        IO1 = 0;
        IO2 = 1;
        TR0 = 1;
        while(IO2<=0); // 等待充电结束
        time_R1 = timer_read(); // 读取计时器值

        // 第三步：放电
        IO1 = 1;
        IO2 = 1;
        TR0 = 0;
        Delay_ms(20); // 确保电容放电干净

        // 第四步：测温度电阻回路上的充电时间
        IO1 = 1;
        IO2 = 0;
        TR0 = 1;
        while(IO1<=0); // 等待充电结束
        time_R2 = timer_read(); // 读取计时器值

        // 第五步：计算电阻比率
        ratio = ((time_R1*10) / (time_R2*10))/10;
				Rx=ratio;
				//flag1s = 1;
				
}
/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms)//最大71ms
{
    unsigned long tmp;  //临时变量

    tmp = 11059200 / 12;      //定时器计数频率
    tmp = (tmp * ms) / 1000;  //计算所需的计数值
    tmp = 65536 - tmp;        //计算定时器重载值
    tmp = tmp + 18;           //补偿中断响应延时造成的误差（经验值）
//    T0RH = (unsigned char)(tmp>>8);  //定时器重载值拆分为高低字节
//    T0RL = (unsigned char)tmp;
	  T0RH = 0;  //定时器重载值拆分为高低字节
    T0RL = 0;
    TMOD &= 0xF0;   //清零T0的控制位
    TMOD |= 0x01;   //配置T0为模式1=16位
    TH0 = T0RH;     //加载T0重载值
    TL0 = T0RL;
    ET0 = 1;        //使能T0中断

}
/* 秒表计数显示函数 */
void LedScan()
{
	
	// flag1s = 0;   //1秒定时标志清零
	
            //以下代码将Rx按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符
            LedBuff[0] = LedChar[Rx%10];
            LedBuff[1] = LedChar[Rx/10%10];
            LedBuff[2] = LedChar[Rx/100%10];
            LedBuff[3] = LedChar[Rx/1000%10];
            LedBuff[4] = LedChar[Rx/10000%10];
            LedBuff[5] = LedChar[Rx/100000%10];

}
void LCD_paly()
{
	static signed char i;
	 P0 = 0xFF;   //显示消隐
    switch (i)
    {
        case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
        case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
        case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
        case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
        case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
        case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
        default: break;
    }
	}


/* 定时停止函数 */
unsigned long timer_read()
{
	unsigned long tmp1 =0;
	TR0 = 0;      
	
	tmp1 =  (unsigned char)((TH0-T0RH)<<8)|(unsigned char)(TL0-T0RL);  //定时器重载值拆分为高低字节

	TH0 = T0RH;  //重新加载重载值
  TL0 = T0RL;
	return tmp1;
}





/* T0中断服务函数，完成数码管、按键扫描与秒表计数 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{

    TH0 = T0RH;  //重新加载重载值
    TL0 = T0RL;	 
//  LedScan();   //数码管扫描显示

}

 

02 使用方法——串联分压法（ADC）测电阻

 完整工程代码部分，待课设结束再公开

 如果需要技术支持可以加我的QQ交流：

27969203789

02 实验现象

0c9a2302e6cb4fcead1f7888bd76e76b.png

 

03 硬件部分

金沙滩51单片机+需要测量相近的电阻

 

04 软件部分

核心部分：

val = (GetADCValue(0)*2.5);   //获取ADC通道0的转换值  电压值=转换结果*2.48V/255，式中的25隐含了一位十进制小数
Rx=(val/(6375-val))*R1;

 

XX 拓展资料（收集资料仅供参考）：

虽然STC89C52无法配置上下拉操作，但是一般现代翻新的芯片都可以配置，至于配置方法可能类似如下：

 0b066ca1783342cd97054dcc4d8737eb.png818f3de66bbe43e6964c653b5b169223.png

例如：

有些单片机的端口P2的输入和输出模式通过配置端口的P2M0和P2M1寄存器来控制。P2M0和P2M1分别是P2端口的输入/输出模式控制寄存器。

 

关于P2M1 和 P2M0 寄存器介绍：

P2M1 和 P2M0 寄存器是常见的微控制器（例如 51 系列单片机）中的特定控制寄存器，用于设置端口（特别是端口 2）的功能模式。

通常在 51 系列单片机中，P2M1 和 P2M0 寄存器用于控制端口 2 的工作模式（例如是否作为 I/O 端口，或者是否用于特殊功能）。

1. P2M1 寄存器：

P2M1 寄存器的位数通常是 8 位，每一位对应于端口 2 的各个引脚的模式。具体来说，P2M1 中的每一位控制端口 2 的每一个引脚的工作方式。

  • 位 7 (P2.7)：

    • 0: 作为 I/O 端口；
    • 1: 用于特殊功能。

  • 位 6 (P2.6)：

    • 0: 作为 I/O 端口；
    • 1: 用于特殊功能。

  • 依此类推，P2M1 的每一位控制对应的端口引脚的模式。

2. P2M0 寄存器：

P2M0 寄存器也是 8 位，与 P2M1 配合使用，进一步控制端口 2 的引脚模式。它的每一位也用于设置端口 2 上每个引脚的功能模式。例如：

  • 位 7 (P2.7)：可以通过设置此位来选择端口引脚的功能（是 I/O，还是其他功能）。
  • 位 6 (P2.6)：控制端口引脚的工作模式。

P2M1 和 P2M0 的配合：

P2M1 和 P2M0 配合使用，通常具有以下几个常见的工作模式（以位 P2.x 为例）：

  • 00：作为普通的数字 I/O 端口；
  • 01：用于某些特定的功能，如外部中断等；
  • 10：用于其他一些特殊功能，例如定时器、串口等；
  • 11：也可以用于其他特定功能模式。

总结：

  • P2M1 和 P2M0 寄存器通常是 8 位，每一位对应端口 2 上的一个引脚（P2.0 到 P2.7）的功能控制。
  • 每一位设置为 0 或 1，控制对应引脚是作为 I/O 端口，还是用于特定的功能模式

 

P2 引脚 P2M1 P2M0 描述
P2.x 0 0 普通输入（无上下拉电阻）
P2.x 0 1 带下拉电阻输入模式（低电平有效）
P2.x 1 0 推挽输出模式
P2.x 1 1 开漏输出模式

一般高级的51单片机的寄存器操作，可以通过P2M1和P2M0的配置来控制P2口的工作模式

配置P2.0为下拉输入模式。我们清除P2M1的对应位（即 P2M1 &= 0xFE），然后设置P2M0的对应位（即 P2M0 |= 0x01）来启用下拉电阻。

配置P2.0为推挽输出模式。我们设置P2M1的对应位（即 P2M1 |= 0x01）并清除P2M0的对应位（即 P2M0 &= 0xFE）


int IN1(void)
{
// 设置P2.0为下拉输入模式
    P2M1 &= 0xFE;   // P2M1位为0
    P2M0 |= 0x01;   // 设置P2M0位为1，启用下拉输入模式

}

int IN2(void)
{
// 设置P2.0为下拉输入模式
    P2M1 &= 0xFD;   // P2M1位为0
    P2M0 |= 0x02;   // 设置P2M0位为1，启用下拉输入模式

}

void ON1(void)
{
	// 设置P2.0为推挽输出模式
	 P2M1 |= 0x01;   // 设置P2M1位为1
   P2M0 &= 0xFE;   // 设置P2M0位为0，设置为推挽输出模式
}

void ON2(void)
{
	// 设置P2.0为推挽输出模式
	 P2M1 |= 0x02;   // 设置P2M1位为1
   P2M0 &= 0xFD;   // 设置P2M0位为0，设置为推挽输出模式
}

 

 

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