Цифровой омметр

     Таблица 5.3.1

5.4Выбор  ЖК-дисплея

    Жидкокристаллический  модуль MT–10S1- один из самых простых  и дешевых, производимых в России. Он состоит из БИС контроллера  управления и ЖК панели. Модуль позволяет  отображать 1 строку из 10 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

    Каждому отображаемому на ЖКИ символу  соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля. Модуль содержит два  вида памяти — кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.

    

    Рис.5.4. Внешний вид ЖК-модуля

    Модуль  позволяет:

    • работать как по 8-ми, так и по 4-х  битной шине данных (задается при инициализации);

    • принимать команды с шины данных;

    • записывать данные в ОЗУ с шины данных;

    • читать данные из ОЗУ на шину данных;

    • читать статус состояния на шину данных;

    • запоминать до 8-ми изображений символов, задаваемых пользователем;

    • выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

    • управлять контрастностью и подсветкой.

        •модуль имеет встроенный знакогенератор

Назначение выводов  указано в таблице 5.4.

     Таблица 5.4

5.5Выбор  микроконтроллера

Для своего проекта я выбрал микроконтроллер  AT83C51RB2 8-разрядный микроконтроллер с флэш-памятью. Характеристики указаны в таблице 5.5

Таблица5.5

Рис 5.5

Для использования  микроконтроллера, как генератора импульсов  используем таймер-счетчик Timer 2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Алгоритм: 

 

Рис 5.5.1 
 
 
 
 
 

5.6 Вид принципиальной схемы

Принципиальная схема омметра представлена на рис 5.6

Рис 5.6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6.Расчёт погрешностей

     Основная  погрешность данной схемы будет  определяться отклонением числа  импульсов пришедших на счетчик  от заданного значения  m =1200. Количество импульсов пришедших на счетчик будет определятся отклонением образцовых емкостей C₀ от номинала, нестабильностью характеристик компаратора и кварцевого генератора импульсов. Расчет будем производить, считая R_x образцовым и равным 5×10^-4 Ом.

     Погрешность дискретизации: γ_диск= ×100%=0.08%

     Погрешность образцовых емкостей

Отклонение  C₀ от номинала составляет ±0.16%.

m =1200 при C₀=0.04 Ф.

Рассмотрим  два предельных случая:

1. m=F_k×R_x× (C₀±C₀×0.0016)

 C₀₁=C₀+C₀×0.0016=0.02+0.02×0.0016=0.04006

m₁=60×10⁶×5×10^-4×0.04006=1201.8

 Δ=m₁-m=1.8

  γ₁=(Δ/m₁) ×100%=1.8/1201.8=0.15%

2. C₀₁=C₀-C₀×0.0016=0.04-0.04×0.0016=0.03994

m₂=60×10⁶×5×10^-4×0.03994=1198.2

Δ=m-m₂=1.8

γ₂=(Δ/m₂) ×100%=(1.8/1198.2) ×100%=0.15%

γ_max1=0.15%

     Погрешность компаратора

     Основными источниками погрешностей компаратора являются: напряжение смещения E_см, и время запаздывания.

     Напряжение, идущее с делителя на компаратор, в  момент сравнения равняется:

U_R=U_оп× (R₂/(R₂+R₃))=15×10/27=5.555 B

     Рассчитаем  погрешность смещения нуля компаратора. Рассмотрим два случая:

1. В результате смещения нуля напряжение сравнения будет равняться:

U₁= U_R+E_см=5.555+2×10^-3=5.557

Количество импульсов  будет равняться:

m₁=m× (U₁/U_R)=1200× (5.557/5.555)=1200.43

Δ₁=m₁-m=1200.43-1200=0.43

γ₁=(Δ₁/m₁) ×100%=(0.43/1200.43) ×100%=0.036%

2. В результате смещения нуля напряжение сравнения будет равняться:

U₂= U_R-E_см=5.555-2×10^-3=5.553

Количество  импульсов будет равняться:

m₂=m× (U₂/U_R)=1200× (5.553/5.555)=1199.57

Δ₂=m-m₂=1200-1199.57=0.43

γ₂=(Δ₂/m₂) ×100%=(0.43/1199.57) ×100%=0.036%

γ_{max см}=0.036%

Рассчитаем погрешность времени задержки компаратора. Время задержки примем t_зад=12×10^-9 с. Минимальный измерительный интервал  τ=10^-5 с

     С учетом времени задержки процесс  измерения будет длиться:

τ₁= τ +t_зад=10^-5+12×10^-9=1.0012×10^-5

Количество  поступивших импульсов за время будет равняться:

m₁=m× =1200× =1198.56

Δ₁=m-m₁=1200-1198.56=1.44

γ₁=(Δ₁/m₁) ×100%=(1.44/1200) ×100%=0.12%

γ_зад=0.12%

      Погрешностью  кварцевого генератора можно пренебречь, так как он является высокостабильным и имеет очень малую погрешность при нормальных условиях эксплуатации.

      Погрешностью  из-за нестабильности сопротивлений  R₂ и R₃ так же можно пренебречь, так как она .

      Полную  погрешность прибора рассчитаем как среднеквадратичное отклонение:

δ= = =0.21%

0.21% < 0.25% - следовательно условие технического задания выполнено. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7.Конструкторско-технологический раздел

      Расчёт  размера печатной платы

      Чтобы определить размеры печатной платы. Рассчитаем среднюю площадь, которую  будут занимать элементы схемы:

Микроконтроллер (AT83C51RB2) – 144 мм².

Компаратор (К521СА4) – 160 мм².

Источник  опорного напряжения (К142ЕН6А) – 96 мм².

Мультиплексор(MAX301) – 120 мм².

Резисторы – 4.5+6.5+7.1×2+10.8×3=59.6 мм².

Конденсаторы  – 1.9+10×31.3=315 мм².

Общая площадь: S=900 мм².

Площадь печатной платы: S_п=2×S=2×900=18 см².

Размер  печатной платы выбираем 4.3×4.3 см.

ЖК модуль имеет размеры 6.4×3.1см.

Исходя  из этих данных, размер корпуса 7×5×4 см.

Рис7.1 Корпус прибора

Выбор и обоснование  материалов

     В качестве материала печатной платы  выбран текстолит. Текстолит – хороший  диэлектрик, стоек к действию слабых кислот и щелочей, имеет низкий коэффициент  трения (0,02 со смазкой и 0,32 без смазки), небольшую плотность (1,3 - 1,4 см), легко поддается механической обработке (фрезерование, распиловка, сверление, штамповка, шлифование, строгание). Текстолит сохраняет все свои эксплуатационные свойства при температуре от -40 до +105ºС. Кроме всего прочего, текстолит прост в механической обработке и поддается сверлению, фрезерованию, штамповке или шлифованию на любых токарных, сверлильных и других металлорежущих станках.

     В качестве материала для корпуса  прибора выбрана пластмасса. Пластическими  массами (пластмассами) обычно называют неметаллические материалы, перерабатываемые в изделия методами пластической деформации (прессование, экструзия, литье под давлением и т.д.), обладающие пластическими свойствами в условиях переработки и не обладающие этими свойствами в условиях эксплуатации. Таким образом, при обычных температурах пластмассы представляют собой твердые, упругие тела. Значение пластмасс в современной жизни трудно переоценить. Высокая прочность, устойчивость к износу и долговечность делают их одним из самых современных и распространенных материалов в некоторых отраслях промышленности. Например, в приборостроении - являются ценным конструкционным и электротехническим материалом. Они легкие, хорошо противостоят коррозии, имеют низкий коэффициент трения, обладают повышенной износостойкостью, хорошими оптическими и изоляционными свойствами.

     Заключение

     В данной курсовой работе был разработан цифровой омметр. Он позволяет определять сопротивление резисторов. Использование микроконтроллера дает возможность для модернизации этой системы на программном уровне. 
 
 

Список  используемой литературы

1. Кушнир Ф.В. «Радиотехнические измерения». Москва «Связь» 1980 г.
2. «Измерения в электронике» под ред. В.А. Кузнецова. Москва «Энергоатомиздат» 1987 г.
3. Новиков Ю.В. «Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы проектирования». Москва «Мир» 2001г.
4. Волович Г.И. «Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств». Москва «Дюдека-ХХІ» 2005г.
5. Гутников В.С. «Интегральная электроника в измерительных устройствах». Ленинград «Энергия» 1980г.
6. Мечин Ю.А. «180 аналоговых микросхем». Москва «Символ-Р» 1993г.
7. Фрунзе А.В. «Микроконтроллеры? это же просто» том 1. Москва «ИД СКИМЕН» 2002г.
8. Горячева Г.А. «Конденсаторы». Москва «Радио и связь»1984г.
9. Г. А. Садовский. Основы теории погрешностей измерительных устройств: Учебное пособие. Рязань: РРТИ, 1981.
10. И.И. Четвертков, В.М. Терехов. Резисторы. Справочник. -2-е изд. М.: Радио и связь, 1991.
11. Обзор омметров http://new.zip-kuban.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=92&Itemid=147
12. Источник опорного напряжения http://www.chipdip.ru/product/k142en6a-1989.aspx
13. Мультиплексор http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Maxim/switches/max301_303_305.htm
14. Компаратор http://www.155la3.ru/datafiles/521sa4.pdf
15. ЖК-дисплей http://www.ekits.ru/index.php?productID=1166
16. Микроконтроллер http://catalog.gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=5067