基于單片機的自動電阻測試儀設計

曲昀卿

（石家莊職業(yè)技術(shù)學院 電氣與電子工程系，河北 石家莊 050081）

自動電阻測試儀與傳統(tǒng)電阻測試儀相比，具有測量精確度高、讀數(shù)方便、測量范圍寬等優(yōu)點，主要用于對電阻測量比較嚴格的場合，如工廠或?qū)嶒炇?目前，自動電阻測試儀發(fā)展迅速，傳感器的使用大大提高了測量的靈敏度和精度.本文以AT89S51單片機為控制核心，設計與制作了自動電阻測試儀，實現(xiàn)了電阻測量的簡便.

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)由待測電阻電路、信號采集電路、電源電路、控制電路、按鍵和LCD顯示構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示.該自動電阻測試儀能對常見的100Ω～10 MΩ的電阻值進行測量，并自動顯示被測電阻的電阻值.

圖1 系統(tǒng)框圖

1.1 A／D轉(zhuǎn)換硬件設計

A／D轉(zhuǎn)換使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成，采用的是德州儀器公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543.由于它采用串行輸入結(jié)構(gòu)，故能節(jié)省51系列單片機的I／O資源，且價格適中，分辨率也比較高.

TLC2543的工作過程為：在8，12或16時鐘周期里向片內(nèi)控制寄存器寫入8位控制字.控制字中的兩位決定時鐘的長度，在最后一個時鐘周期的下降沿啟動A／D轉(zhuǎn)換過程，經(jīng)過一段轉(zhuǎn)換時間，在隨后的8，12或16時鐘周期里，從DATAOUT管腳讀出數(shù)據(jù)［1］.使用TLC2543時，要注意把數(shù)字信號和模擬信號分開，模擬線和數(shù)字線尤其是時鐘信號線不能平行使用，數(shù)字信號線不能布在TLC2543芯片的下面.A／D轉(zhuǎn)換電路原理見圖2.

1.2 電阻測量硬件設計

圖2 A／D轉(zhuǎn)換模塊原理圖

圖3 自動量程切換模塊

切換電路利用四路測試電路的通斷來實現(xiàn).如圖3所示，P21－P24接A／D采樣模塊，通過程序?qū)崿F(xiàn)Q1－Q4由單片機直接接通不同的電平信號，四路通路中接入100Ω，1kΩ，100kΩ，10MΩ的高精密電阻作為基準電阻.當待測電阻接入時，程序采用輪詢法給予電平信號，Q1－Q4分別給 “0111”電平，通路1導通，通路2、通路3、通路4截止，100Ω基準電阻接入電路，此時PV1口采集的信號為基準電阻和待測電阻的電壓之和，P21－P24口采集的信號為待測電阻的電壓值，兩信號之差即為基準電阻的電壓，此時程序判斷如果待測電阻上的電壓值低于PV1口采集電壓值的一半，則滿足量程，程序利用分壓公式計算出待測電阻的阻值并顯示；如果待測電阻上的電壓值等于或高于PV1口采集電壓值的一半，即為超量程，自動進入下一循環(huán).在下一循環(huán)中，Q1－Q4分別給“1011”電平，通路1、通路3、通路4截止，通路2導通，1kΩ基準電阻接入電路，按照上述原理重新進行判斷.

1.3 軟件設計

本測試儀的軟件程序包括主程序、LCD顯示程序和鍵盤控制子程序.這些程序均采用C語言編寫，調(diào)試和下載程序代碼很方便［2］.系統(tǒng)主程序流程如圖4所示.

圖4 主程序流程圖

2 測試方案與測試結(jié)果

測試時，要檢查多次，務必使仿真電路和硬件電路與系統(tǒng)原理圖完全相同，因此在PCB制版時不容有絲毫錯誤，要保證硬件電路無虛焊，否則出現(xiàn)問題就要費很長時間去檢查.

2.1 硬件測試

對各個模塊進行搭接，測試電源模塊供電電壓、A／D采集模塊基準電壓以及輸出信號的穩(wěn)定性，將A／D采集模塊和單路電阻測試電路級聯(lián)，用于測試待測電阻及基準電阻的電壓值，以檢查所測阻值是否滿足精度要求.以上測試調(diào)試成功后將所有模塊整合，重新進行整體測量，重點檢查切換電路的工作情況.在更換不同的待測電阻后，觀察單片機的電平控制信號是否按照要求發(fā)生變化，是否能自動切換到對應量程.液晶屏可以顯示測量數(shù)值、小數(shù)點和單位.如果測量數(shù)值的精度未達到要求，則需要提高基準電壓，在解決電源內(nèi)阻誤差、線路內(nèi)阻誤差、線間干擾等問題后，重新測試，以檢查它是否滿足設計要求.按以下步驟進行：第一步是斷開電源用萬用表的蜂鳴檔，檢測電路的通、斷、短路情況；第二步是接通電源，檢測電源電壓是否供給整個模塊；第三步是按信號流程或者按模塊分開檢測.

2.2 軟硬件聯(lián)合調(diào)試

測試電路用到的儀器有數(shù)字萬用表、示波器、穩(wěn)壓電源、高精度數(shù)字毫伏表和單片機試驗箱.測試結(jié)果如表1所示.

表1 測試結(jié)果

表1表明，本文設計的系統(tǒng)實現(xiàn)了設計的功能，測量范圍較寬，達到了較高的精度，相對誤差小于1%.

在實際測量中，由于測試環(huán)境、儀器、方法等對測試值有一定的影響，測量結(jié)果會存在一定的誤差.可以利用修正的方法來減小本測試儀的測量誤差.在測量數(shù)據(jù)過程中如何選取合適的修正值非常重要.獲得修正值主要有三種方法，一是從相關(guān)資料中查取，二是通過理論推導獲得，三是通過實驗獲得.

3 結(jié)束語

本文利用單片機技術(shù)實現(xiàn)了電阻測量的智能化設計，電路結(jié)構(gòu)簡單，而且系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測量精度較高，相對誤差小于1%，操作簡單，具有較強的實用性.

［1］楊志忠.數(shù)字電子技術(shù) ［M］.北京：高等教育出版社，2008：271－278.

［2］郭天祥.51單片機C語言教程 ［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：85－121.