基于stm32的简易自动电阻测量仪软件设计.docx
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基于stm32的简易自动电阻测量仪软件设计
宜宾职业技术学院
毕业设计
基于STM32的简易自动电阻测量仪(软件设计)
系部电子信息工程系
专业名称电子信息工程技术
班级电子1091班
姓名尹小东
学号200911166
指导教师王伯黎
2020年11月10日
摘要
本系统由闭环恒压源电路、闭环测量电路、电机驱动电路三大部份组成。
其中一路DAC、恒压电路、电压跟从电路、一路12位ADC组成闭环恒压源电路;档位切换电路、电压跟从电路、虚拟触摸键盘、一路12位ADC组成闭环测量电路;L298N驱动电路、步进电机、Ω旋转式单圈电位器组成自动测量和显示电位器阻值随旋转角度转变曲线的辅助装置。
恒压源所输出的5V电压,通过档位切换电路,加到由TLC2202组成的电压跟从电路上输出来,送回单片机,通过单片机内部的一路12位ADC处置后,通进程序运算,得出被测电阻的阻值,并在寸的TFT–LCD上显示出来。
单片机给驱动电路输入相应的指令,去操纵步进电机,来旋转电位器取得不同的电阻值,通过已经做好的测量装置送给单片机处置后在屏幕上显示出阻值转变的曲线。
经测试,100Ω档时误差为%,1KΩ档时误差为%,10KΩ档时误差为%,1MΩ档时误差为%,电路具有自动换挡功能。
通过键盘输入的要求的阻值和误差后,屏幕能显示出被测电阻阻值,并显示出该电阻是不是符合挑选要求。
电机旋转电位器所取得的阻值转变曲线,也能在屏幕上显示出来,精准度为%。
全数测量符合要求。
关键词:
闭环恒压;闭环测量;档位切换;自动测量
Abstract
Thesystemiscomposedofclosedloopconstantpressuresourcecircuit,theclosed-loopmeasurementcircuit,drivecircuitconstitutethreemostofthemotor.Amongthemalltheway,constantpressurecircuit,DACvoltagecircuit,allthewaywith12oftheclosedloopconstantpressuresourceADCconstitutecircuit;Thegearswitchingcircuit,voltagefollowedcircuit,virtualtouchkeyboard,and12oftheADCconstituteaclosedloopallmeasurementcircuit;L298Ndrivecircuit,stepmotor,KΩrotarylappotentiometerautomaticmeasurementanddisplayapotentiometerresistancecurvewithrotationAngleofauxiliarydevices.
Constantpressuresourceoutput5Vvoltage,throughthegearswitchingcircuit,addtotheTLC2202consistsofthefollowingoutputvoltagecircuit,backtothemicrocontroller,singlechipinternalallthewayafterthetreatmentand12oftheADC,throughtheprogramoperation,andconcludesthatthemeasuredresistanceoftheresistance,andininchTFT-LCDdisplayed.
Singlechipmicrocomputertodrivecircuitinputthecorrespondinginstruction,tocontrolthesteppingmotor,torotatethepotentiometergetdifferentresistance,throughthemeasurementdevicehasbeenreadytodealwithinsinglechipaftershowedonthescreenofthecurveoftheresistancechanges.
Bytest,100Ωfileerroris%when,1KΩfileerroris%when,10KΩfileerroris%when,1MΩfileerroris%when,circuitwithautomaticshiftfunction.Throughthekeyboardinputrequirementsoftheresistanceanderror,andthescreencanshowthemeasuredresistancetolerance,andshowsthattheresistanceisinaccordancewiththescreeningrequirements.Motorrotationfromthepotentiometerresistancechangescurve,alsocanbeinthescreen,theaccuracyof%.Allmeasurementsmeetstherequirement.
Keywords:
closedloopconstantpressure;Theclosed-loopmeasurement;Switchgear;Automaticmeasurement
一、方案论证与选择
核心操纵芯片
[方案一]
STC89C52单片机是一种运用很普遍的8BitsMCU,易于操作,价钱廉价。
但功耗较高,内部资源太少,不能够知足本设计的需求。
[方案二]
MSP430F149是TI公司推出的一种16位超低功耗、具有精简指令的混合信号处置器,时钟频率在8MHz左右。
内部集成了一路12位的ADC,要实现系统设计要求双闭环电路就需外接一路12位ADC。
尽管具有超低功耗的性能,却因此损失很多其他的性能。
[方案三]
STM32系列基于专为要求高性能、低本钱、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM内核。
STM32F103ZET6属于STM32系列中的“增强型”系列,时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品,内置512K的闪存。
具有丰硕的片上外设和很强的运算能力。
内部集成了三路12位ADC(和多达18路AD采样通道),完全知足系统设计所要求的双闭环电路。
经比较,STM32F103ZET6是最正确的选择,能够完全知足设计需求,且节约很多的外部电路,故选择方案三。
档位切换模块
[方案一]
利用四只可控硅组成档位切换电路。
可控硅是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件,亦称为晶闸管。
具有体积小、结构相对简单、功能强等特点。
但本钱高,无触点,操纵相对复杂,容量小,功耗大,发烧严峻。
[方案二]
利用四个继电器模块组成档位切换电路。
继电器是当输入电压达到规定值时,使相应的档位导通或断开。
而且技术成熟靠得住,操纵简单,触点容量相对较大,本钱低,几乎零功耗,发烧量很小。
在电路中能起到自动调剂、平安爱惜、转换电路等作用。
在导通和断开的同时能够发出“嗒”的一声,使本设计加倍形象化。
经比较,继电器能够达到设计要求,且能够使系统加倍形象化,选择方案二。
ADC采样电路
[方案一]
利用TI公司生产的一块24位的芯片ADS1255。
该芯片尽管能知足设计需求,可是本钱较高,降低了整个产品的性价比,且需外接利用。
[方案二]
利用STM32F103ZET6单片机内部自带的两路12位ADC,完全能够知足系统设计,利用起来方便,减少硬件电路模块,节约本钱,大大提高产品的性价比。
经比较,利用STM32F103ZET6内部的两路ADC,易于操作,且能够提高产品的性价比,故选择方案二。
显示模块
[方案一]
利用带有中文字符的128*64液晶显示。
128*64液晶结构简单,易于操纵,但分辨率太低,在做发挥部份时不能很清楚的显示由电位器的转变所形成的各点连成的曲线。
[方案一]
利用寸TFT-LCD。
寸TFT-LCD,是具有26万色TFT240x320分辨率高清楚显示屏,16位真彩显示,能够显示数字、字符、图片、显示内容丰硕,能够很清楚的显示本设计中所要求的各类参数和发挥部份中由电位器的转变所形成的各点连成的曲线。
自带触摸屏,能够用来作为操纵输入。
经比较,选择方案二。
键盘操纵电路
[方案一]
利用自制4*4矩阵键盘。
如此操作相对简单,易于操纵,可是如此操作就会增加电路整体设计的难度,会在必然程度上降低测试的准确度。
[方案二]
利用软件编程来实现触摸键盘操纵,虽难度较大,但本组的编程人员完全有能力做好此项目。
模拟触摸键盘能减小硬件电路的难度,有效提高测试的准确度,这也是本设计中的一大亮点。
经比较,选择方案二。
二、系统设计
系统整体思路
STM32
F103ZET6
D/A
恒压源芯片
恒压采样
电压跟随
A/D
固定电阻网络
档位切换
待测电阻
电压跟随
A/D
显示器
键盘
电源模块
恒压环
测量环
步进
电机
接地
5V
图系统框图
本系统采纳一片STM32F103ZET6单片机为核心操纵器。
整个电路分为两个闭环电路,即恒压环和测量环。
如下图。
当单片机输出一路的电压信号,通过D/A转换后,送给由恒压源芯片OPA548及其外围电路组成的恒压源,输出5V的恒定电压,再通过一个恒压采样电路,把5V的电压信号送给由TLC2202组成的电压跟从电路,最后由单片机内部的一路12位A/D转换电路,送回单片机。
如此,就组成了闭环恒压源。
当恒压源输出5V的电压后,另一路通过由四个定值电阻组成的电阻网络传送给档位切换电路,其中依照R=U/I可算出流经整个测试电路的电流值。
当被测电阻接到电路中后,把被测电阻上的电压值通过一个由TLC2202组成的电压跟从器,最后由单片机内部的一路12位A/D转换电路,送回单片机。
在单片机内部,通进程序操纵,运用R=U/I算出被测电阻的阻值,并显示到屏幕上去。
如此,就组成了闭环测试电路。
由单片机去操纵步进电机,来旋转电位器取得不同的电阻值,通过已经做好的测量装置送给单片机处置后在屏幕上显示出阻值转变的曲线。
系统硬件模块设计
电源电路设计
整个电路采纳正负5V和正负12V两路电源供电,图所示为正负5V电路,图为正负12V电路。
其中恒压源电路、驱动电机需要正负12V的供电;STM32F103ZET6最小系统、档位切换电路、采样电路需要5V的供电。
图正负5V电路
图正负12V电路
恒压源电路设计
由于系统设计中闭环恒压源和闭环测量都需要一个固定的5V电压,故设计了由OPA548及其外围元件组成的恒压源电路,如下图。
在输入的电压有必然波动范围时,能够保证输出了一个波动范围极小的5V电压,如此,在电路进行采样时能够取得一个很准确的值,使得测出的电阻值误差大大降低。
图恒压源电路
档位切换电路设计
档位切换电路如下图(给出了一路档位的原理图,其他档位电路一致),由固定电阻网络、继电器两部份组成。
其中,固定电阻网络由四只定值电阻组成,由于单片性能够搜集的电压超过就会采样不精准,搜集电压设定为。
其阻值可依照以下的分压公式计算得出来。
100Ω档时,假定被测电阻值为100Ω,那么3/5=100/100+R。
计算可得R=Ω,即100Ω档固定电阻值为Ω。
1K档时,假定被测电阻值为1KΩ,那么3/5=1K/1K+R。
计算可得R=666Ω,即1K档固定电阻值为666Ω。
10K档时,假定被测电阻值为10KΩ,那么3/5=10K/10K+R。
计算可得R=,即10K档固定电阻值为。
10M档时,假定被测电阻值为10MΩ,那么3/5=10M/10M+R。
计算可得R=,即10M档固定电阻值为。
四个继电器组成档位切换时电路的通断,当系统检测到被测电阻上所产生的电压降时,会在单片机内部在相应的运算处置,然后在I/O口上输出一个高电位,使相对应的继电器“嗒”的一声导通,测出被测电阻的阻值,显示到屏幕上去。
图档位切换电路
电压跟从电路设计
电压跟从电路如下图。
整个系统电路设计中,有两处用到了电压跟从电路,在闭环恒压源电路和闭环测量电路中,电压跟从电路要紧起阻抗匹配的作用。
TLC2202具有输入阻抗高,输出阻抗低的原理,因此能够专门好的阻隔前级电途经大的电流,而把电压不变的输出来,完成采样的进程,最终在单片机内部完成一系列的运算。
图电压跟从电路
电机驱动电路设计
图电机驱动电路
依照题目的要求,设计并制作了一个由步进电机来操纵电位器的自动旋转装置,如下图。
在本模块电路设计中,用L298N来驱动步进电机工作,步进电机旋转的同时,就带动电位器的旋转,电位器的旋转,其阻值就在不断的转变,通过单片机在内部处置后,最终在屏幕上显示出电阻值转变的曲线来。
软件设计
开始
基本部分
初始化配置
发挥部分
手动换挡
自动换挡
电阻筛选
描绘曲线
屏幕显示
结束
图系统软件设计流程图
3、系统测试
测试方式为:
第一在周密电阻箱上给出一个阻值,然后用数字万用表测得为多大阻值,再用本产品测试,并记录,依照公式[(实测电阻值-万用表测得值)/万用表测得值]计算出误差,并观看档位是不是自动正常跳转。
档位
待测电阻值
万用表
测试
实测
误差
是否正确跳转档位
100
29
29
%
是
100
47
47
%
是
100
83
%
是
100
100
%
是
100
76
%
是
1K
780
0..05%
是
1K
395
%
是
1K
243
242
%
是
1K
190
189
%
是
1K
892
%
是
10K
%
是
10K
%
是
10K
%
是
10K
%
是
10K
1K
999
%
是
10M
12M
%
是
10M
6M
%
是
10M
%
是
10M
%
是
10M
2M
%
是
通过观看以上的测试数据,能够看出来在每一个档位的测试时,误差均在正负%以下,达到了题目的要求,且自动正确切换档位。
4、设计总结
通过一个多月的时刻,在我的指导教师王伯黎教师的帮忙和自己的尽力下,完成了整个系统的设计。
在这段时刻当中,感受最深的确实是解决问题的一些方式、技术。
在整个设计进程中,我碰到了很多的问题,通过查阅相关资料、平复理性的分析、方案的对照和实验证明,最终解决了所碰到的问题。
这一次的毕业设计,不但增强了我的实践能力和论文的写作能力,更让咱们知道了理论和实践相结合的重要性。
固然,本系统设计中还存在着一些不足的地方,有待修正提高,恳请列位评委教师批评指正。
感激学校给我这一次锻炼的机遇,感激我的教师和同窗们在整个进程中给予我的帮忙,才使得我的毕业设计顺利终止。
最后,祝列位评委教师躯体健康、工作顺利。
祝我的教师和同窗们天天高兴、事事顺利。
参考文献
[1]刘军.例说STM32.北京:
北京航空航天大学出版社,2020.
[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.第九届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京:
北京理工大学出版社,2020.
[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛经常使用电路模块制作.北京:
北京航空航天大学出版社,2020.
[4]喻金钱喻斌.STM32F系列ARMCortex-M3核微控器件开发与应用.北京:
清华大学出版社,2020.
[5]童诗白.模拟电子技术基础.北京:
高等教育出版社,2020.
附录
附录1要紧元件清单
元件名称
型号
数量
单片机
STM32F103ZET6
1
恒压源芯片
OPA548
1
精密电阻
68Ω、680Ω、Ω、Ω
1+1+1+1=4
继电器
C223760
4
步进电机
30BYJ26
1
电位器
Ω旋转式单圈电位器
1
显示器
寸TFT-LCD
1
附录2产品实物图片
毕业设计(论文)治理规定
及相关表格汇编
本科生毕业设计(论文)治理规定……………………1
毕业论文(设计)工作实施细那么(草案)……………2
优秀毕业论文评选方法………………………………7
毕业论文的写作与排版标准…………………………10
毕业设计(论文)写作模板…………………………14
毕业设计(论文)答辩提问记录表………………21
毕业设计第周工作总结……………………22
毕业设计(论文)进程跟踪表……………………23
毕业设计(论文)课题申请表………………………24
毕业设计(论文)任务书…………………………25
毕业设计(论文)开题报告…………………………26
毕业设计工作中期检查Ⅰ…………………………27
毕业设计工作中期检查Ⅱ……………………………28
大学
本科生毕业设计(论文)治理规定
为提高本科生毕业设计(论文)质量,增强毕业生毕业设计治理工作,特制定如下规定:
1.本科毕业设计工作从第七学期(四年级第一学期)考试周前,完成教师选题、师生见面及指导教师向学生下达任务书(见附表一)。
毕业设计从第八学期开学正式开始,十六周内完成。
2.毕业设计开始时,教师必需填写毕业设计课题申请表、并由系汇总后交院毕业设计领导小组审核。
(见附表)。
3.指导教师必需按期对学生辅导(每周至少两次),并将确信的周辅导时刻上报教学办,教学办将按期和不按期进行检查。
4.指导教师自行组织学生的开题报告,并填写开题报告表(见附表二)
5.增强中期的监督与检查,第一次检查时刻定在第五周,检查内容含学生资料阅读,方案论证情形。
第二次检查定在第十周,形式为:
由指导教师组织,院毕业设计领导小组成员旁听,学生口头汇报。
要紧检查学生的时期性结果。
两次检查学生均应填写中期检查报告表格(见附表三、四),指导教师或系对检查情形写出书面评语。
6.学生需上交一篇与本专业有关很多于5000字的外文文章翻译,并将原文和译文用A4打印加自设计封皮一路装订成册。
7.论文答辩前,指导教师必需给出评语及评分,然后由各系主任指定其他评阅人对论文进行评阅及评分(请参考毕业论文书面成绩评分表规定的评分标准评分)。
8.论文答辩由各系组织,并成立答辩委员会对所有学生论文进行答辩。
答辩必需给出答辩委员会意见及评分并填写相应表格。
答辩委员会成员必需按评分表中各项指标标准进行评分,然后由各成员给出的分数计算出得分。
9.毕业设计(论文)最终成绩计算:
指导教师评分x30%+评阅人评分x30%+答辩委员会评分x40%=总分
10.毕业设计(论文)提交的文档及装订要求
(1)毕业论文一份(包括封皮、目录、中英文摘要、内容及参考文献)
(2)很多于5000汉字的科技翻译资料一份(并将原文和译文用A4打印加自设计封皮一路装订成册)
(3)毕业论文简介(A4纸打印1~2页)(包括题目、专业、年级、姓名、指导教师、毕业论文所做的工作、解决的问题、创新的地方等)
(4)毕业设计任务书(加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订,)
(5)开题报告(加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订,)
(6)毕业设计工作中期检查表Ⅰ、Ⅱ
注(4)(5)(6)加在毕业论文目录之前和毕业论文一路装订。
11.毕业设计(论文)随正式论文一概附交电子文档(光盘或软盘)。
被推荐参加学校优秀毕业设计(论文)3%评选的,还要另附(符合发表格式要求的)修改成5000字左右的电子文档。
2005年12月修订
大学
毕业设计(论文)工作实施细那么(试行)
依照《毕业设计(论文)工作暂行规定》,为了进一步标准毕业设计(论文)工作的各个环节,结合我院实际情形,经院教学指导委员会讨论,院长办公联席会议通过,对我院毕业设计(论文)工作特制订以下实施细那么。
一、指导教师资格
毕业设计(论文)的指导教师原那么上应由各专业具有中级(含中级)以上专业技术职务的教师担任。
也能够聘用具有相应职称、学术水平高的工程技术人员担任。
指导教师名单由各系系主任核定,报分管束学的副院长批准后实施。
二、课题的命题进程
1.命题的大体原那么是:
(1)目标原那么:
命题必需符合专业培育目标,具有必然的深度、广度与新颖性,能使学生取得比较全面的训练。
(2)价值原那么:
命题应具有必然的学术研究或应用开发价值,尽可能做到理论与实际相结合,表现学科的进展性与应用性。
(3)能力原那么:
命题的难度应考虑学生完成命题的条件与能力,因材施教。
(4)爱好原那么:
应考虑学生对命题的爱好与探讨研究的踊跃性。
(5)多样化原那么:
命题应注意题目的不断更新与类型的多样化,同一指导教师的设计(论文)课题选题和近三届毕业设计课题的重复率不高于50%,题目数量应知足一人一题的大体要求。
2.课题的审核
由各专业指导教师确信后的课题,填写《毕业设计课题申请表》。
经系主任汇总后,报院毕业设计领导小组审核,由分管束学的副院长批准。
3.确信课题的时刻要求
一样在第七学期第15周前完成命题,关于经批准认可的命题,在第16周内向学生发布。
指导教师在实际指导进程中,一样不该随意更改命题,确实需要更改命题时,应办理相关手续。
三、选题与任务书
1.学生在教师指导下从发布的命题范围内选题。
2.学生自拟题目须经系主任审阅后指定指导教师,并报分管束学副院长批准。
3.选题原那么上要求一人一题。
4.学生选题一样在第七学期的第17周前完成。
5.依照学生选题情形,填写《大学毕业论文(设计)任务书》,其中“设计所需的工作条件”应与课题的实际需要相符;“设计(论文)任务及目标”应指明毕业设计的详细任务(所需完成的工作、达到的设计要求等),不能简单了事。
四、开题
1.指导学生书写开题报告,开题报告要紧内容包括:
课题研究的意义和背景、课题研究相关资料的研究情形(说明课题研究的历史、现状和进展趋势)、对课题研究的大体构思。
2.指导学生填写《大学毕业论文(设计)开题报告》,并要求学生在第八学期的第2周前提交很多于1000字的开题报告,大体内容应包括课题研究的意义和背景、课题研究相关资料的研究情形(说明课题研究的历史、现状和进展趋势)、对课题研究的大体构思、时期性工作打算、参考文献等。
参考文献的列写格式要符合要求。
3.第八学期的第3周
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