基于单片机的电阻电容在线测试的实现

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基于单片机的电阻电容在线测试的实现

[摘要] 电阻电容在线测试实现了电阻电容测量的自动化,拓宽了测试的量程范围,提高了测量的精度。

文中给出了电阻电容在线测试的硬件和软件设计。

[关键词]单片机电阻电容在线测试

我们在调试、检测和维修电路板时,往往需要测量印刷电路板上的电阻或电容数值。传统的做法是将被测试的元件从印刷电路板上焊开后再测量,以避免受板上其他元器件的影响。这种测量方法不仅麻烦,而且测试速度低,甚至可能损坏印刷电路板和元器件。这里介绍一种利用单片机控制的电阻电容在线测试技术,该技术无需从电路板上焊开元器件便可直接测量各元件的参数,既保持了印刷电路板的完好无损,又大大提高了测试的速度和精度。

1. 电阻电容在线测试系统的硬件设计

由单片机控制的电阻电容在线测试系统的原理框图如图1所示。这里运用8051单片机、2732EPROM、74LS373锁存器和8155扩展器组成控制系统,实现了电阻电容在线测试的自动化。通过自动转换量程,拓宽了测试的量程范围;通过软件抗干扰措施,进一步提高了测试的精度。整个测试系统是由电阻在线测试和电容在线测试两部分组成。

图1 电阻电容在线测试原理图

1.1电阻的在线测试

电阻在线测试的过程是:将被测电阻Rx通过Rx/Vo转换电路,将Rx转换为直流输出电压Vo,经过量程选择按键K,送入A/D转换器,将模拟电压转换为数字量,送到单片机系统。单片机根据输入的数据,选择最佳的量程,并控制量程转换开关,选择合适的基准电阻,实现量程的自动转换。在单片机控制下,进行多次采样测试,并对各次测得的Vo求平均值,然后计算电阻Rx,最后通过显示器显示被测电阻的值。电阻在线测试的原理图如图2所示。图中Rx为电路板上的待测电阻,R1和R2为两边的等效电阻,VREF 为基准电压,Rr为基准电阻。可确定

Vo=-VREFRx/Rr (1)

由上式得出在基准电压VREF和基准电阻Rr一定的前提下,Vo只取决于Rx,而与R1和R2无关,即对Rx实现了电隔离。这就实现了将印刷电路板上的电阻Rx直接转换为相应的输出电压Vo。为了扩大测

量范围,将图2电路进行了改进,引入了基准电阻Rr1-Rr4和相应的开关K1-K4来转换量程。单片机根据Rx选择合适的Rr,通过控制K1~K4自动转换量程。电路图如图3所示。

图2 电阻在线测试原理图

图3 扩展量程的电阻在线测试原理图

1.2 电容的在线测试

电容在线测试的原理图如图4所示。图中为Cx被测电容,Rx为电路板上与Cx并联的电阻,Z1和Z2为两边的等效阻抗,VREF为基准正弦波信号源电压有效值,Rr为基准电阻。设Cx与Rx并联的等效阻抗为Zx,则有

电容在线测试过程是:通过Cx/Vo转换电路,在正弦信号发生器的作用下,将Cx的数值转换为交流输出电压Vo,经测量选择按键K,送入A/D转换器转换为数字量,送至单片机。单片机控制量程转换开关,选择最佳量程,获得与Cx相应的Vo值。单片机通过频率转换开关,控制正弦波信号发生器的频率,从最低档开始,按10倍频逐级提高频率,同时读入各档相应的Vo值,并对相邻的两档频率的数值VOL和VOH 求商,判断VOL/ VOH是否大于7.1,若不大于此值,继续求商,直至VOL/ VOH大于7.1。单片机根据这次的fH和VOH求出Cx,并通过显示器显示被测的电容值。

图4 电容在线测试原理图

2. 电阻电容在线测试的软件设计

电阻电容在线测试的主程序流程图如图5所示:

图5 电阻电容在线测试主程序图

3. 结束语

电阻电容在线测试采用在线测试的“电隔离”技术,可快速测量电路板上任意的电阻和电容的值,测量精度高。电阻在线测试的方法在测量大电阻时干扰往往比较严重,这时在单片机的控制下,可适当增加采样测试的次数,以提高测量的精度。电容在线测试的方法采用高频近似的方法进行测量,在满足VOL/ VOH≥7.1的前提下,求Cx的误差不大于0.5%,如果再把测量中的其它因素引起的误差考虑在内,误差的总和不大于3%,满足一般应用的精度要求。

参考文献:

[1] 孔有林.集成运算放大器及其应用[M].北京:人民邮电出版社,1988.

[2] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1990.

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