使用Arduino構建電阻色碼計算器和歐姆表

對于這個(gè)項目，我使用ATmega328微控制器和1.8英寸彩色液晶顯示器構建了一個(gè)手持電阻色碼計算器和歐姆表。

對于我們的項目，我們將創(chuàng )建一個(gè)基于Arduino的歐姆計，它也可以作為一個(gè)電阻顏色代碼計算器，在視覺(jué)上模仿All About Circuits流行的在線(xiàn)電阻顏色代碼計算機。以下是我們已完成項目的運行視頻：

項目概況

該系統的大腦是一個(gè)ATmega328微控制器（Arduino UNO）。我們還將使用：

一個(gè)小型TFT液晶顯示器。

用于與簡(jiǎn)單GUI交互的六個(gè)按鈕，

CD4051多路復用器/多路分用器

八個(gè)不同的電阻器，用于在測量范圍之間切換。

與我之前的幾個(gè)項目類(lèi)似，我為這個(gè)設備創(chuàng )建了一個(gè)專(zhuān)用的All About Circuits品牌PCB；但是，您也可以使用面包板或perfboard復制此項目。

這個(gè)項目旨在既有趣又有教育意義。有更準確和可靠的方法來(lái)測試您的組件，因為即使是最便宜的萬(wàn)用表也可能會(huì )給您更好的結果。典型的電阻器的容差為5%，ATmega328的模數轉換器（ADC）的分辨率僅為10位。所以，我們的精度將低于一個(gè)好的歐姆表。

電阻器顏色代碼

電阻器色標系統最初由無(wú)線(xiàn)電制造商協(xié)會(huì )在20世紀20年代開(kāi)發(fā)，用于提供電阻器值和額定值的視覺(jué)指示（圖1）。

電阻色帶編碼系統

圖1。電阻色碼表。圖片由EEPower提供

我們將在這個(gè)項目中構建的顏色代碼計算器只涵蓋四個(gè)帶電阻。對于這些類(lèi)型的組件，前兩個(gè)帶表示電阻值的兩個(gè)最高有效數字，第三個(gè)帶表示十進(jìn)制乘數，第四個(gè)帶表示以百分比表示的值公差。

什么是歐姆表？

歐姆表是每個(gè)EE實(shí)驗室的重要工具，它是一種測量電阻的儀器，既可以作為專(zhuān)用單元，也可以作為萬(wàn)用表的一部分。它需要一個(gè)內部電壓源來(lái)產(chǎn)生必要的工作電流，以及適當的測距電阻器來(lái)有效測量被測設備。

雖然有各種不同類(lèi)型的歐姆表，但這個(gè)項目使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器。分壓器是一種電路，其中串聯(lián)連接的兩個(gè)電阻器兩端的輸入電壓與兩個(gè)電阻器的比率成比例地減小。

我們將在串聯(lián)連接到被測電阻器（未知值）的多個(gè)測距電阻器（已知值）之間進(jìn)行切換，并使用歐姆定律根據測量的輸出電壓和已知的輸入電壓計算其值。

電路設計

圖2的示意圖向我們展示了如何將此項目的面包板或PCB版本的所有組件連接在一起。如果您使用的是開(kāi)發(fā)板，請確保您的組件與代碼中的引腳配置相匹配。

電阻色碼計算器和歐姆表示意圖

圖2:電阻色碼計算器和歐姆表示意圖。

由于我沒(méi)有使用電壓調節器，因此最好使用插入穩壓5V電源的設備。我的PCB使用一個(gè)專(zhuān)用的USB B端口，可以插入電腦、手機充電器或移動(dòng)電源，這也使它變得便攜。

圖形顯示和用戶(hù)界面

我們的系統使用一系列七個(gè)嵌套屏幕（專(zhuān)用功能），能夠出現在128x160 TFT LCD上，作為其基本的圖形用戶(hù)界面（GUI）。這些屏幕的插圖是通過(guò)使用Adafruit的GFX和ST7735庫在顯示器上直接繪制字母數字和基本形狀而生成的。ST7735是嵌入到本項目使用的1.8英寸TFT LCD模塊中的顯示驅動(dòng)芯片。

注意：將形狀組合為圖形是因為使用轉換為Arduino代碼的大位圖會(huì )損害系統性能。

控制

我們GUI的每個(gè)屏幕功能最多可以響應六個(gè)觸覺(jué)按鈕。在專(zhuān)用PCB上，外兩個(gè)標有“選擇”和“返回”，而內四個(gè)標有左、右、上、下箭頭符號。這些按鈕構成了用于瀏覽菜單、選擇菜單項和返回上一屏幕的控件。

主菜單

初始化屏幕作為其主菜單。GUI的這一部分提示用戶(hù)在兩個(gè)主要功能之一之間進(jìn)行選擇——歐姆表或顏色代碼計算器（圖3）。對于這個(gè)菜單，我決定在兩個(gè)菜單項上方放置一個(gè)All About Circuits徽標，使用幾個(gè)相互連接的圓形矩形重新創(chuàng )建。

歐姆表和電阻器色碼計算器功能的主菜單

選擇

圖3.歐姆表和電阻器色碼計算器功能選擇的主菜單

導航和選擇

我們系統的每個(gè)屏幕都包含多個(gè)可選擇的菜單項，顯示為圓角矩形。要瀏覽這些項目，每個(gè)菜單都有一個(gè)額外的輪廓矩形，可以使用四個(gè)導航按鈕向上或向下移動(dòng)。

通過(guò)單擊菜單中的“選擇”按鈕，我們的代碼通過(guò)檢查輪廓矩形的當前位置以及相應的輪廓項目來(lái)確定用戶(hù)從該菜單中選擇了什么項目。

菜單之間的切換是使用一個(gè)標志變量在內部實(shí)現的，該變量根據用戶(hù)的選擇跟蹤LCD上需要顯示的內容。也就是說(shuō)，在A(yíng)rduino代碼循環(huán)的下一次迭代中，需要調用七個(gè)屏幕函數中的哪一個(gè)。

歐姆表應用程序

我們系統中的第二個(gè)屏幕是自包含的歐姆表應用程序，如圖4所示。此屏幕的頂部顯示被測電阻器的值以及所選的測量范圍。屏幕底部顯示八個(gè)可選范圍，對應于連接到CD4051芯片輸出的每個(gè)測距電阻器的值。

<em>歐姆表主屏幕</em>

圖4.歐姆表主屏幕

在我們的項目中，我們使用CD4051作為解復用器，并使用ATmega328的三個(gè)引腳對其進(jìn)行尋址。這樣做將使我們能夠從八個(gè)CD4051輸出通道中數字選擇一個(gè)，將測距電阻器物理連接到其輸入端的未知電阻器，從而完成我們的分壓器電路。

一旦從GUI中選擇了一個(gè)范圍，微控制器將尋址多路分解器，并在其模擬引腳之一上測量分壓器的輸出電壓。從這里開(kāi)始，它根據前面討論的公式計算未知電阻，并在系統的LCD上顯示其測量值。

為了了解如何正確選擇或校準測量范圍，您應該查看AAC的Intro Lab-如何使用歐姆表測量電阻文章。

電阻器顏色代碼計算器應用程序

我們系統中的第三個(gè)屏幕是電阻器顏色代碼計算器應用程序（圖5）。此屏幕分為三個(gè)部分，可以將用戶(hù)帶到四個(gè)附加的嵌套菜單。

<em>電阻色碼計算器主屏幕</em>

圖5.電阻色碼計算器主屏幕

此屏幕的頂部顯示了一個(gè)以All About Circuits的電阻器顏色代碼計算器為藍本的四帶電阻器，該計算器是使用一系列不同大小和顏色的矩形重新創(chuàng )建的。在這張圖上，代表電阻器色帶的四個(gè)矩形能夠根據用戶(hù)輸入動(dòng)態(tài)切換顏色。

右下角部分包含四個(gè)菜單項，一個(gè)用于設置將用戶(hù)帶到附加菜單屏幕的每個(gè)色帶，而左下角部分則包含應用程序標題以及所選色帶序列的計算結果（電阻值和公差）。

為了設置色帶，用戶(hù)必須首先進(jìn)入四個(gè)附加菜單屏幕中的一個(gè)。這些屏幕由一個(gè)適當的標題以及一系列顏色或菜單項組成（如圖6所示）。每次用戶(hù)從這些菜單中選擇一種顏色時(shí)，系統都會(huì )將其保存到該特定波段，返回上一屏幕，更改電阻器圖示上該波段的顏色，并將其值輸入顏色代碼計算器公式。

電阻色碼計算器第一位色帶選擇屏幕

圖6.電阻色碼計算器第一位數字色帶選擇屏幕

這樣，所示電阻器上當前描繪的頻帶序列的電阻和公差就會(huì )被計算出來(lái)，并顯示在我們的電阻器顏色代碼計算器屏幕的左下角。

上傳代碼

一旦你連接好所有東西，你需要將代碼上傳到你的微控制器。如果你使用的是普通的Arduino或類(lèi)似的開(kāi)發(fā)板，這個(gè)過(guò)程很簡(jiǎn)單，只需插入USB連接器，選擇你的板和相應的com端口，然后單擊上傳按鈕。你可以從Github下載Arduino代碼。

另一方面，如果你想使用我的PCB設計將這個(gè)項目重新創(chuàng )建為一個(gè)獨立的系統，你需要一個(gè)額外的USB到串行模塊，以便按照面包板文章中Arduino的從Arduino到微控制器對ATmega328 IC進(jìn)行編程。

物料清單和PCB文件

表1包含物料清單（BOM）。您可以下載PCB板文件。

表1.物料清單電阻器色碼計算器和歐姆表

讓我知道進(jìn)展如何

如果你試圖重新創(chuàng )建這個(gè)項目或用它來(lái)開(kāi)發(fā)其他東西，請在下面的評論中留言。All About Circuits團隊和我都很想知道這件事。