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【摘要】该电阻测试仪以单片机AT89S52为核心,ADC0809为AD转换电路,通过继电器的控制实现档位切换,可手动选择100Ω、1kΩ、10kΩ、1MΩ四个档位和自动换挡筛选电阻,实现阻值的测量,其对电阻的测量精度可达1%,并通过LCD显示。对于可变电阻,本测试仪还可通过对其电阻的测量,显示出其阻值变化曲线。此外,该测试仪还增加了通过输入电阻的色环颜色,自动输出电阻值的功能。测试结果表明,该电阻测试仪测量速度快、分辨率高,有较高的实用性。
【关键词】电阻测试仪;自动换挡;LCD显示;阻值变化曲线
随着科技的进步,电子元器件急剧增加,电阻的测量已经在测量技术和产品研发中应用十分广泛,利用万用表测量电阻已经不能满足人们的需求,因此,设计安全、可靠、方便的电阻测试仪具有极大的现实必要性。该测量仪还具备自动筛选电阻,自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线,可直接从LCD显示屏上读出所测得的电阻值,测量精度高达±0.1%。不仅测量简便,读数直观,且测量精度、分辨率也高于一般电桥。
1.理论分析与计算
1.1 电阻测量原理
根据基尔霍负电压定律,两个串联的电阻和电源串接,两电阻两端的电压是恒等于电源电压的。改变其中的一个电阻阻值,其两端的电压是随着阻值的变化而线性变化的,即:
因此,只要测得R1两端的电压,便可以计算出R1的阻值。
1.2 自动量程转换
在自动量程转换功能中,首先对采集来的电压信号与该档位的电压范围进行比较,若该电压信号在此范围内,则对再次采集的电压信号进行计算,转换成电阻值进行输出显示;若该电压信号不在此范围内,则通过对继电器的控制,使测量档位跳转至下一个档位。如此循环,直至拔出电阻或跳出该测量模式。
1.3 筛选功能原理
当测量模式切换到电阻筛选模式时,可通过键盘输入筛选的电阻阻值和误差范围,实现对在误差范围内电阻的筛选。其实现方法为:当被测电阻在预设阻值范围内时,在液晶上显示“符合”;当被测电阻不在预设阻值范围内时,在液晶上显示“不符合”,从而实现对电阻的筛选。
1.4 电位器阻值变化曲线装置
该装置是通过单片机控制ULN2003驱动步进电机的旋转,从而带动电位器的转轴旋转,改变电位器的阻值。
2.硬件设计与实现
本自动电阻测量仪主要有控制器、电源、4*4键盘、显示信号采集电路和档位控制电路等组成。其框图如图1所示。
2.1 电源
采用输出为5V/3A的稳定性很强的开关电源为整个系统供电,保证了系统的稳定工作,提高了仪器的可靠性。
2.2 键盘
采用4*4的键盘,当按下模式切换键,输入模式被启动时,可以通过键盘输入相应的电阻数值,键盘口与最小系统的接口为P1口,其中C键为模式切换键,A,E,F键为模式设置键。
2.3 显示部分
采用12864A-1汉字图形点阵液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。接口与单片机的P0口和P2口相接,采用并行的数据传送方法控制液晶。明显提高了液晶的显示速度,在屏幕显示方面更加稳定,并且页面显示更加舒适美观。
2.4 AD采样部分
选用精度为VERF*255/256的AD0809模数转化芯片为采样主要设备,通过74LS74分频为AD0809提供时钟,采样速率为200KBPMS,配以合适的电阻测试通道,将被测电阻两端电压采样,转化后的数据传递给单片机,接口为P3,经过计算后控制继电器选通合适的档位再次进行测量,可以更加精确的测试出被测电阻的阻值。
3.软件设计(流程图如下)
4.测试方案与测试结果
4.1 测试方案
(1)测试方法
通过测试可调电阻的阻值与标准万用表的测量值进行比较测试。
(2)测试数据
4.2 测试结果分析
分析测试结果,10k和1k档可以较好的满足设计要求,100Ω档位误差较大。
由测试结果可以看出,当被测电阻阻值越大时,测量误差越小,由于测试仪本身的内阻和噪声干扰等原因,当测试电阻阻值较小时误差较大。
5.小结
该自动电阻测试仪具有100Ω,1kΩ,10kΩ,10MΩ四档自动转换量程、三位数字显示,可以实现根据键盘输入的要求,自动筛选电阻并能显示相应的参数;可在10秒范围内自动精确测量和显示电位器阻值随角度变化的曲线;还具有通过输入电阻的色环颜色,自动输出电阻值的智能功能。
参考文献
[1]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.
[2]龙威林等.单片机应用入门——AT89S51和AVR[M].北京:化学工业出版社,2008.
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试(第二版)[M].武汉:华中理工出版社,2000.
[4]富昭.805l单片机典型模块设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[5]沙占友等.新型单片开关电源的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.
[6]徐梅.基于51单片机的自动电阻测试仪设计[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2011,31(4):18-21.
[7]薛钧义,武自芳.微机控制系统及其应用[M].西安西安交通大学出版社,2003.
作者简介:刘永锋(1981—),男,硕士,主要从事单片机技术及相关课程的教学和研究。
【关键词】电阻测试仪;自动换挡;LCD显示;阻值变化曲线
随着科技的进步,电子元器件急剧增加,电阻的测量已经在测量技术和产品研发中应用十分广泛,利用万用表测量电阻已经不能满足人们的需求,因此,设计安全、可靠、方便的电阻测试仪具有极大的现实必要性。该测量仪还具备自动筛选电阻,自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线,可直接从LCD显示屏上读出所测得的电阻值,测量精度高达±0.1%。不仅测量简便,读数直观,且测量精度、分辨率也高于一般电桥。
1.理论分析与计算
1.1 电阻测量原理
根据基尔霍负电压定律,两个串联的电阻和电源串接,两电阻两端的电压是恒等于电源电压的。改变其中的一个电阻阻值,其两端的电压是随着阻值的变化而线性变化的,即:
因此,只要测得R1两端的电压,便可以计算出R1的阻值。
1.2 自动量程转换
在自动量程转换功能中,首先对采集来的电压信号与该档位的电压范围进行比较,若该电压信号在此范围内,则对再次采集的电压信号进行计算,转换成电阻值进行输出显示;若该电压信号不在此范围内,则通过对继电器的控制,使测量档位跳转至下一个档位。如此循环,直至拔出电阻或跳出该测量模式。
1.3 筛选功能原理
当测量模式切换到电阻筛选模式时,可通过键盘输入筛选的电阻阻值和误差范围,实现对在误差范围内电阻的筛选。其实现方法为:当被测电阻在预设阻值范围内时,在液晶上显示“符合”;当被测电阻不在预设阻值范围内时,在液晶上显示“不符合”,从而实现对电阻的筛选。
1.4 电位器阻值变化曲线装置
该装置是通过单片机控制ULN2003驱动步进电机的旋转,从而带动电位器的转轴旋转,改变电位器的阻值。
2.硬件设计与实现
本自动电阻测量仪主要有控制器、电源、4*4键盘、显示信号采集电路和档位控制电路等组成。其框图如图1所示。
2.1 电源
采用输出为5V/3A的稳定性很强的开关电源为整个系统供电,保证了系统的稳定工作,提高了仪器的可靠性。
2.2 键盘
采用4*4的键盘,当按下模式切换键,输入模式被启动时,可以通过键盘输入相应的电阻数值,键盘口与最小系统的接口为P1口,其中C键为模式切换键,A,E,F键为模式设置键。
2.3 显示部分
采用12864A-1汉字图形点阵液晶显示模块,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM(GDRAM)。接口与单片机的P0口和P2口相接,采用并行的数据传送方法控制液晶。明显提高了液晶的显示速度,在屏幕显示方面更加稳定,并且页面显示更加舒适美观。
2.4 AD采样部分
选用精度为VERF*255/256的AD0809模数转化芯片为采样主要设备,通过74LS74分频为AD0809提供时钟,采样速率为200KBPMS,配以合适的电阻测试通道,将被测电阻两端电压采样,转化后的数据传递给单片机,接口为P3,经过计算后控制继电器选通合适的档位再次进行测量,可以更加精确的测试出被测电阻的阻值。
3.软件设计(流程图如下)
4.测试方案与测试结果
4.1 测试方案
(1)测试方法
通过测试可调电阻的阻值与标准万用表的测量值进行比较测试。
(2)测试数据
4.2 测试结果分析
分析测试结果,10k和1k档可以较好的满足设计要求,100Ω档位误差较大。
由测试结果可以看出,当被测电阻阻值越大时,测量误差越小,由于测试仪本身的内阻和噪声干扰等原因,当测试电阻阻值较小时误差较大。
5.小结
该自动电阻测试仪具有100Ω,1kΩ,10kΩ,10MΩ四档自动转换量程、三位数字显示,可以实现根据键盘输入的要求,自动筛选电阻并能显示相应的参数;可在10秒范围内自动精确测量和显示电位器阻值随角度变化的曲线;还具有通过输入电阻的色环颜色,自动输出电阻值的智能功能。
参考文献
[1]陈海宴.51单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.
[2]龙威林等.单片机应用入门——AT89S51和AVR[M].北京:化学工业出版社,2008.
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试(第二版)[M].武汉:华中理工出版社,2000.
[4]富昭.805l单片机典型模块设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.
[5]沙占友等.新型单片开关电源的设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.
[6]徐梅.基于51单片机的自动电阻测试仪设计[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2011,31(4):18-21.
[7]薛钧义,武自芳.微机控制系统及其应用[M].西安西安交通大学出版社,2003.
作者简介:刘永锋(1981—),男,硕士,主要从事单片机技术及相关课程的教学和研究。