2023年基于STM32简易自动电阻测试仪的硬件设计.doc

宜宾职业技术学院 毕业设计 简易自动电阻测试仪的硬件设计 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 古 亮 亮 学 号 202310305 指 导 教 师 廖 建 文 2012 年 02 月 10 日 简易自动电阻测试仪的硬件设计 摘 要 本设计由电源模块，STM32F103ZET6单片机小系统模块，OPA548构成的5V恒压模块，继电器构成的换挡测电阻模块，步进电机模块，3.2寸TFT〔Thin Film Transistor 薄膜场效应晶体管)真彩触摸屏显示模块组成。该设计是通过单片机控制一个内部集成的12位DA给OPA548运放芯片输入电压，从而控制运放芯片的输出电压，再送给继电器构成的换挡测电阻模块，最后通过测试电阻上产生的电压来判断所测电阻值。其中STM32单片机小系统还控制内部集成的两个12位AD，一个采集当OPA548输出的值，构成一个闭环系统使OPA548输出恒压5V，一个采集待测电阻值，从而控制继电器换挡测出待测电阻值。 关键词：STM32F103ZET6 12位AD/DA 继电器 3.2寸TFT真彩触摸屏 Easy Auto resistance tester hardware design Abstract The design of the power supply module, STM32F103ZET6 small single-chip system module, OPA548 constitute 5v constant pressure module, relay module consisting of the shift resistor, stepper motor module, 3.2-inch TFT (Thin Film Transistor film field-effect transistor) color touch screen display module. The design is controlled by an internal integrated single-chip 12-bit DA chip to OPA548 op-amp input voltage, thereby controlling the output voltage op-amp chip, and then sent to the relay module consisting of the shift resistor, and finally by testing the voltage on the resistor to determine the measured resistance value. STM32 microcontroller which controls a small system also integrates the two 12-bit AD, a collection when the OPA548 output value to form a closed loop system so that OPA548 output constant 5v, a collection test resistance value, thereby controlling the relay shift measured measured resistance values. Keywords: STM32F103ZET6; 12-bit AD / DA; relay; 3.2-inch; TFT color touch; screen 目 录 1 引 言 1 2 系统方案论证与选择 2 2.1 主控芯片的选择 2 2.2 5V恒压模块的选择 2 2.3 显示模块的选择 3 3 系统设计 4 3.1系统总框图 4 3.2 系统设计思路 4 4 硬件电路设计 6 4.1电源模块的设计 6 4.2 OPA548构成的5V恒压模块设计 6 4.3 继电器构成的自动换挡测电阻模块 7 4.4 电机驱动模块 8 4.5 TFT触屏显示模块 9 5 软件设计 10 6 系统测试 11 6.1 100档位的测试 11 6.2 1KΩ档位的测试 11 6.3 10KΩ档位的测试 12 6.4 10MΩ档位的测试 12 7 设计总结 13 参考文献 14 致 谢 15 附录 附录1 主要元器件清单 附录2 STM32F103ZET6小系统板原理图 附录3 单片机小系统板转接板PCB图 附录4 恒压源PCB图 附录5 产品实物图片 简易自动电阻测试仪的硬件设计 1 引 言 目前人们广泛使用的电阻测试仪是万用表，用万用表测试电阻有两个缺陷：其一大多数时候测试一个电阻就需要人为的换挡。其二不能自动筛选电阻，需要人为判断。万用表不能快速智能的完成电阻的阻值测量及筛选且使用起来过程繁琐，使人们在设计检修电路时时间加长，而在设计检修中我们希望能够快速的测量电阻的阻值，自动完成电阻阻值的测量筛选。基于以上运用本人设计了“简易自动电阻测试仪〞。 2 系统方案论证与选择 2.1 主控芯片的选择 方案一：采用STC89C52系列单片机。STC89C52系列单片机的开展已经有比拟长的时间，应用比拟广泛，各种技术都比拟成熟，但此系列单片机为8位单片机，处理速度不是很快，且内部资源太少，不能满足设计要求。 方案二：采用TI公司MSP430系列单片机。MSP430系列的单片机是一种16位超低功耗、具有精简指令的混合信号处理器，时钟频率在8 MHz。内部集成了一个12位DAC和一路12位的ADC，如果要实现系统设计要求双闭环电路就需外接一路12位ADC，使电路复杂。 方案三：采用ST公司的STM32系列单片机STM32F103ZET6。STM32系列单片机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 Cortex-M3内核。STM32F103ZET6属于STM32系列中的“增强型〞系列，时钟频率到达72MHz，是同类产品中性能最高的产品，内置512K的闪存。具有丰富的片上外设和很强的运算能力。内部集成了三路12位ADC和高达18路AD采样通道，完全满足系统设计所要求的双闭环电路。 比拟以上三种方案：STC89C52 单片机内部资源太少，MSP430F149单片机内部ADC不够用，STM32F103ZET6具有MSP430的所有优点，且内部资源丰富，能够完全满足设计需求，应选择方案三。 2.2 5V恒压模块的选择 方案一：选择电源模块的5V电压，作为待测电阻的供电电压，这样做可使电路结构变得很简单。但纯在的问题是，电源模块的5V电压加在待测电阻模块上，当待测电阻很小时，使电压被拉低，导致其他需要5V电压的模块不能正常工作。 方案二：选择OPA548运放芯片来单独为待测电阻模块供电。需要用到STM32F103ZET6内部集成一个12DAC，来控制OPA548的输入从而控制它输出，在通过单片机芯片内部的一个12位ADC将运放输出采回来跟DAC的输出进行比照，从而形成一个闭环系统，输出5V恒定的电压。这样做的优点，可使系统运行非常稳定，且测试电阻也非常精准。 比拟以上两种方案：方案二能到达设计要求,所以本设计采用方案二。 2.3 显示模块的选择 方案一：使用带有中文字符的12864液晶显示。12864液晶结构简单，易于控制，但分辨率太低，不能很清晰的显示由电位器的变化所形成的各点连成的曲线。 方案二：使用3.2寸TFT-LCD。3.2寸TFT-LCD，是具有26万色分辨率高清晰显示屏，16位真彩显示，可以显示数字、字符、图片、显示内容丰富，能够很清晰的显示本设计中所要求的各种参数以及由电位器的变化所形成的各点连成的曲线。自带触摸屏，可以用来作为控制输入。 比拟以上两种方案：12864液晶显示器分辨率太低，不能很清晰的显示由电位器的变化所形成的各点连成的曲线，而3.2寸TFT-LCD能够完全满足，应选择方案二。 3 系统设计 3.1系统总框图 电源模块 J STM32F103ZET6 DA AD AD 恒压芯片 恒压采样 电压跟随 固定电阻网络 档位切换 待测电阻 电压跟随 采样 显示 步进 电机 图3-1 系统框图 3.2 系统设计思路 本系统框图如〔图3-1〕所示由①电源模块，②STM32F103ZET6小系统模块，③恒压芯片、恒压采样、电压跟随构成的5V恒压源模块，④固定电阻网络、档位切换、待测电阻、采样、电压跟随构成的继电器自动换档测电阻模块，⑤步进电机模块，⑥TFT真彩触屏显示模块组成。 该设计分为2个闭环系统： ⑴通过单片机控制一个内部集成的12位DAC给运放芯片OPA548的输入电压从而控制运放的输出电压，然后采样输出的电压，用电压跟随器将采样电压给单片机内部的一个12位ADC，将DAC输出的电压和ADC采回的电压比照，通过程序自动补偿，让OPA548的输出为恒压5V。 ⑵将恒压5V送给电阻网络〔共4路电阻网络起到限流和限压的作用〕,再经过档位切换〔由四个继电器构成，起自动换挡的作用〕,再经过待测电阻到地。然后将待测的电阻两端的电压采样到电压跟随器送到单片机内部的一个12位ADC，最后通过程序计算出电阻值。 为了使测量更加精准程序上采取了这样的方法：将第一路ADC的值乘以2推出当前5V恒压值，把这个当前恒压值作为第二个闭环系统的总电压值，再利用同一支路电流相等的特性来计算待测电阻的阻值。公式为： 其中R3精密电阻值，r是待测电阻值。是这个方法去掉了直接用5V来作为第二个闭环系统的总电压的误差，使得测量精度大大提高。 本设计的步进电机模块作为一个附加模块，它实现的功能是：由单片机去控制步进电机，来旋转电位器得到不同的电阻值，将电位器不同阻值产生的不同电压送给单片机内部一个12位ADC，单片机处理后在屏幕上显示出阻值变化的曲线。 4 硬件电路设计 4.1电源模块的设计 +12V和+5V采用LM2576系列3A开关型稳压器，这种稳压器是单片机集成电路，能提供降压开关型稳压器的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。这系列稳压器内都含有频率器和一个固定频率振荡器，将外部元件的数目减少到最小，使用方面。它在指定输入电压和输出负载条件下保证输出电压的正负4%的误差。它的效率比流线型的三端线性稳压要高得多，是理想的代替。 -12V采用三端固定式集成稳压模块LM7912，它内部由采样、基准、放大、调整和保护等电路组成。保护电路具有过流、过热、及短路保护功能。能在使用要求不是很高的场合使用，图4-1为设计电路。 图4-1 电源模块电路 4.2 OPA548构成的5V恒压模块设计 恒压源模块电路如〔图4-2〕所示，使用高电压，高电流运算放大器OPA548连接低噪声精密运算器TLC2202，通过单片机内部的一个ADC输出值。调节OPA548输出，构成5V恒压闭环系统。 图4-2 恒压电路