简易自动电阻测试仪

2011年全国（湖南赛区）大学生电子设计竞赛作品

简易自动电阻测试仪 (G题)

摘要

本系统采用STC89S52单片机作为核心控制器，通过A/D转换芯片将阻值转换成数字信号并进行处理，控制多个继电器切换不同的电阻测量电路，实现量程的自动转换。同时，系统具有自动筛选电阻功能，并可通过LCD显示屏12864方便直观地显示被测电阻阻值以及待筛选的电阻阻值，及电位器旋转角度及其阻值间的关系。系统采用运放CA3140构成的串联分压法测来测量电阻阻值，精度达到了1%，效果好。

关键词：STC89S52；运放；串联分压法；LCD；A/D

简易自动电阻测试仪

一、方案设计与论证

1.方案设计

方案一： 采用电阻桥来测量未知电阻，图1所示.

图1 电桥测量电阻

测量原理：I 1 R X = I 2 R 1 I 1 R 0 = I 2 R 2

得到：

可知未知电阻x R 与其他臂的电阻阻值成正比。

方案二：采用恒压源与运放来测量未知电阻，如图2所示

图2 恒压源测量电阻 测量原理：x

o i R U R U -=1 得到：1o x R U U R i =

可知未知电阻x R 与输出电压O U 成正比。

方案三：采用恒流源来测量未知电阻，如图3所示.

图3 恒流源测量电阻

测量原理：x

00R I U =

可知未知电阻x R 与输出电压O U 成正比。

方案四：采用串联分压法测电阻,R 为标准电阻,A U 、B U 为测量电压值，如图4所示。

图4 串联分压法测电阻 测量原理： R

R R U U x B A += 得到：R U U U R B

B A x ⨯-= 2.方案论证

方案一的测量结果可以很精确，但是在10k~10M 之间，由于范围太宽，相差1000倍，

电阻桥不容易调平衡，不平衡就测不准,故该方案不采用。

方案二与方案三均是采用运放的反相端输入，运放的高输入阻抗不易得到体现，特别是电阻在10M 测量的时候误差很大，故该方案不采用。

方案四采用双运放构成的串联分压法测电阻，信号从同相端输入，阻抗高，精度高；每次测量的值可与标准值比较，数据准确度高

3.方案选定

综上所述，方案四精度高，稳定性好，效率高，能够满足系统设计的要求，所以选择方案四。

二、理论分析与计算

1.电阻测量原理

电阻测量原理采用双运放构成的串联分压法测电阻，其待测电阻表达式

x R 为： R U U U R B B A x ⨯-=。

其中

A U 是标准电压，

B U 是测量电压，R 是标准电阻。 故B U 的变化可直观反应待测电阻x R 的大小。

2.自动量程转换与筛选功能

用单片机STC89S52软件编程来自动控制继电器实现电阻的自动转换量程和筛选功能，具体实现见软件流程图设计部分。

3.电位器阻值变化曲线装置设计

用步进电机来实现控制电位器的旋转，假设电位器的旋转角度范围是0~225︒，则将其分为25等分，即每旋转9︒记录当前阻值，并送出显示阻值，画出曲线。其装置设计如图5所示。横坐标表示角度，纵坐标表示阻值，如下图6所示。

图5 电位器阻值变化曲线装置设计

图6 电位器阻值随角度变化曲线

三、电路设计

步进电机 电位器 电阻测试主控制

显示装置

1.系统框图

本系统主要由单片机，电阻测试仪、A/D 转换电路、电机、键盘、液晶显示、稳压电源等模块组成。框图见下图7所示。

图7 系统设计框图

2.系统描述

将待测电阻接入电路测量仪可测出阻值，将该阻值进行A/D 转换送入单片机处理，判断该阻值是否是用户需要的电阻，并且可自动转换量程开关，通过液晶LCD 显示测量的阻值。倘若是电位器，还可由步进电机转动控制电位器来测量电位器电阻的变化，可通过LCD 来显示阻值随角度转动的曲线。

3.电路图介绍

（1）稳压电源模块

根据系统设计需求，需要用到5V,12V 两种电源，用开关型稳压器LM2576来构成。其中5V 为单片机供电，V 12 为运放CA3140提供正负电源，12V 为步进电机提供电源，电路如图8所示。

图8 电源电路图

（2）电阻测试模块

本系统采用高输入阻抗CA3140构成的串联分压法测电阻，测量精度高。在软件中，用继电器来自动转换量程开关，电路如图9所示。

图9 电阻测试模块

（3）A/D 转换电路

A/D 转换采用12位的AD7705来实现将测量的阻值转换为数字信号，精度高，准确性好，电路如图10所示。

图10 A/D 转换电路

（4）电机驱动模块

电机驱动模块采用电机驱动芯片LN297和LN298来控制步进电机。输入的信号用光耦TLP512-5送入LN297，很好的隔离了输入与输出信号，抗干扰能力强，电路如图11所示。

图11 电机驱动模块

（5）键盘模块

键盘采用用4*4的矩阵键盘构成16个按键。按键功能分为数字键和功能键。数字键有10个，分别是：0~9十个数字；功能键有6个，分别是：向上、向下、向左、向右、确定、返回。

（6）液晶显示模块

液晶采用具有中文显示的12864的LCD 模块，使用方便，简单，电路如图12所示。

图12 液晶显示模块

四、软件设计

根据系统设计要求，程序分为三大模块，模块一是测电阻阻值，模块二是筛选电阻，模块三是画电阻曲线，这三种模式的运行用按键来判别。系统流程图如图13所示，筛选电阻流程图如图14所示。

图13 系统流程图

开始

液晶屏初始化

测试电阻值 返 回

读按键值

判别按键模式

筛选电阻 画电阻曲线

Key=1 Key=2 Key=3