简易电阻测试仪_深职院_瑞萨杯

1、简易自动电阻测试仪深圳职业技术学院 吕俊 李诗远 毛勇 指导教师：宋荣摘 要：采用分压法，将基准电阻与被测电阻串连，分别检测基准电阻与被测电阻两端电压，根据分压关系计算得到被测电阻阻值，制作了一台自动电阻测试仪。该仪器具有量程自动转换、自动筛选、扫描测试、语音提示等功能，使用24比特A/D转换器，大大提高了测量精度。 关键词：电阻 恒流法 分压法 A/D转换一、方案选择1. 恒流法测电阻 如图1所示，用恒流源为被测电阻供电，通过A/D转换器采集被测电阻两端电压，则被测电阻阻值为 (1)式中VX为被测电阻两端电压，I0为恒流源输出电流。这种测试方法主要有两方面缺陷：计算得到的阻值与恒流源输出电流

2、相关，恒流源输出误差直接影响测量结果；由于A/D转换器的输入范围有限，为了提高测量精度，测量低阻时恒流源电流应增大，而测量高阻时恒流源电流应减小，这种可变恒流源由于量程变化大，制作难度大，精度难以保证。为简化电路，提高精度，本设计没有采用该方案。A/D转换显示MCU恒流源I0R0VX 图1 恒流法测电阻示意图2分压法测电阻 如图2所示，将被测电阻与基准电阻串联，在其两端施加电压，被测电阻、参考电阻上的电压分别为VX、V0，根据分压关系 (2)可见，RX与VX、V0之比及R0有关，由于VX、V0由同一A/D转换器的两个通道同时测量，温度和环境影响可以消除，实际上RX仅与R0有关。 分压法电路简单

3、，可以实现宽范围测量，故本设计采用这一方案。R0RXVXV0Vi图2 分压法测电阻示意图二、量程确定据(3)式分析可知，若参考电阻较小，在测试高阻值电阻时，V0值很小，测量误差显著增加；相反，若参考电阻较大，在测试低阻值电阻时，VX值很小，测量误差也会显著增加。为满足010M的测量要求，采用“换档法”，即根据测量电阻的范围自动换用合适的参考电阻。通过实验方法选择选用参考电阻的数量及其对应的测量范围。分别选用250、500、10K、100K精密电阻（误差为0.5%）对010M范围内的电阻进行测量，真实值通过FLUKE-189万用表测量，实测值通过分压法测量，其结果如表14所示。表1 以250为基

4、准电阻的实验结果标称值2.44.3K10K12K真实值2.4104.277K10.390K11.967K实测值2.3844.289K10.319K12.0648K误差(%)1.070.280.680.81表2 以500为基准电阻的实验结果标称值3.33.9101.5K3.6K6.6K真实值3.153.7610.381.492K3.587K6.779K实测值3.033.6510.231.495K3.595K6.799L误差(%)3.752.91.40.20.220.29表3 以10K为基准电阻的实验结果标称值5K633K100K200K真实值5.550K32.892K100.11K200.18K

5、实测值5.546K32.905K100.17K200.30误差(%)0.070.040.060.06表4 以100K为基准电阻的实验结果标称值22K33K470K1M4.3M7.8M真实值21.953K32.964K471.38K1.0076M4.35M7.8M实测值21.944K32.968K472.672K1.0076M4.329M7.852M误差(%)0.040.010.2600.960.67根据以上实验结果，确定的参考电阻及其测量范围如下：L档：R0=200，测量范围：01K M档：R0=20K，测量范围：1100KH档：R0=200K，测量范围：100K10M三、系统电路设计1. 系

6、统电路框图系统电路框图如图4所示，包括换档电路、A/D转换器、单片机系统、语音模块、步进电机驱动装置等部分，其中电阻测量电路是一个关键部分，单片机通过A/D转换器采集分压测量电路的两个电压，同时控制继电器进行换档操作，即根据需要改变参考电阻阻值。换挡电路A/D转换 键盘语音模块步进电机驱动器 LCD显示MCU图3 自动电阻测试仪系统组成2. 电阻测量电路 电阻测量电路包括参考电阻及换档电路，如图4所示。继电器J1和J2起换档作用，通过J1、J2的动作，可在三个电阻中选择一个作为参考电阻，其动作关系如下： J1、J2均不动作，选择200作为参考电阻，处于L档，测量范围为：01K； J1动作、J2

7、不动作，选择20K作为参考电阻，处于M档，测量范围为：1K100K； J1、J2均动作，选择200K作为参考电阻，处于H档，测量范围为：100K10M。运放起阻抗转换作用，以减小测量回路对分压电路的影响，提高测量精度。图4 电阻测量电路3. 单片机系统 如图5所示，选用ATmega128单片机，由于ATmega128单片机是基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，资源非常丰富，基本没有外围电路。同时，该单片机C语言开发平台十分成熟，大大提高了开发效率。为实现曲线显示，采用12864 LCD图形点阵液晶显示器。图5 单片机系统4. A/D采集电路如图6所示，选用ADS1232 作为

8、A/D转换器。该器件是一款高度集成的delta-sigma 模数转换器，用于低电平、高精度测量。此器件由一个低漂移、低噪声的仪表放大器和一个连接在单片集成数字滤波器上的高阶限幅自稳调制器组成。可选择性增益可设置为1、2、64、128，+5V 参考电压时，允许满刻度差动输入范围从2.5V 到19.5mV。该芯片还包括了一个低漂移片上振荡器以及外置晶振，以实现精确的输出数据率，从而同时抑制50Hz 及60Hz 的频率。ADS1232输出数据率可为10SPS 或80SPS，可达到24比特的转换精度，非常适合于该设计的需要。 ADS1232的+5V基准源由REF02产生。图6 A/D采集电路 5. 语

9、音提示电路 该测试仪具有语音提示功能，当处于电阻筛选模式时，可语音提示电阻是否合格。如图7所示，选用PM60语音芯片，该系芯片具有长秒数，高品质，易录放的特点，是一个整合了录放音电路、快闪存储、ADPCM编、解码器，功率放大器，稳压器等线路的全功能录放系统。 通过播音王软件分别将“该电阻不合格”及“该电阻合格”的文本转换为语音文件，再通过PM60编程器将其写入PM60芯片，选用引脚触发方式，每段语音单独采用一个引脚触发。图7 语音提示电路6. 步进电机驱动机构 在扫描模式，步进电机带动电位器旋转，每旋转一定角度测量电位器阻值，从而描绘电位器角度与阻值的关系曲线。选用成品步进电机驱动器，由单片机

10、输出步进脉冲及方向控制信号。关闭控制器细分功能，每脉冲使步进电机旋转1.8度。 7. 电源电路电源电路包括测量电路运放所需的12V电源、+1.8V电源及单片机系统需要的+5V电源。测量电路运放所需的12V电源采用LM7812及LM7912产生，如图8所示，+1.8V电源由ASM1117-1.8产生。 单片机需要的+5V电源所需功率比较大，使用开关电源LM2575产生，如图9所示。图8 12V电源图9 单片机系统所需的+5V电源四、软件设计 1. 程序功能与设计思路按设计要求，本程序需实现的三个主要功能是自动换挡测量电阻、自动筛选电阻、自动电阻扫描。为实现上述功能，程序需包含A/D芯片驱动子程序

11、、键盘扫描芯片驱动子程序、液晶绘图子程序、语音和电机驱动子程序等。2. 主程序流程图主程序主要作用是使用户能够通过键盘进入和退出相应工作模式，流程如图10所示。开始进入电阻自动测量模式功能键触发进入电阻自动筛选模式进入电位器自动扫描模式功能键触发功能键触发ESC键触发ESC键触发图10 主程序流程图 3. 电阻测量模式流程图该功能程序的主要功能是通过对相应继电器操作，实现了档位自动切换，采用中间档位对待测电阻进行粗略测量，根据粗测值进行通道切换，再进行精确测量，其流程如图11所示。判断阻值判断阻值范围是否在此档位进入电阻测量模式进入第二档 （1K100K） 粗测电阻阻值进行精确测量，将数据存储

12、并显示大于100K进入通道3（100K30M）小于1K进入通道1（01K）图11 电阻测量模式流程图 4. 电阻筛选模式流程图该功能函数作用是进行电阻筛选。通过调用电阻测量函数，将测量电阻与用户键盘输入阻值及误差范围进行比较判断，将判断结果进行实时显示及语音播报，流程图如图12所示。进入电阻筛选模式用户由键盘输入“筛选阻值”和“允许误差”；计算出“合格”电阻范围液晶显示和语音提示接入电阻“合格”判断接入电阻是否在“合格”电阻范围内液晶显示和语音提示接入电阻“不合格”显示结果合格不合格图12 电阻筛选模式流程图 5扫描模式流程图扫描模式主要是使用步进电机驱动电位器，然后用液晶绘点程序对实时变化电

13、位器阻值进行显示，其流程图如图13所示。进入扫描模式液晶绘制坐标电机是否扫描完毕电机扫描复位液晶打点按键选择扫描开始电机转动检测电阻值图13 电阻扫描模式流程图五、操作说明该电阻自动测试仪具有三种模式：普通模式、电阻筛选模式及扫描模式，具体说明如下：在模式选择状态下，按“FUN”选择进入普通模式，该模式可测量010M之间的任何电阻；在模式选择状态下，按“FUN”选择进入电阻筛选模式，按“、”调节电阻设置数值及允许误差，设置完毕，按“ENT”进入筛选测量；在模式选择状态下，按“FUN”选择进入电阻扫描模式，按“ENT”键开始电位器扫描测量；任何状态下，按ESC键返回模式选择界面。六、主要特色与创新 010 M全量程自动切换 测量范围大于10M，最高达30M 筛选模式具有语音提醒功能 大屏幕液晶显示及菜单功能，扫描模式可显示曲线七、测试结果 分