基于PIC單片機的智能低電阻測量?jì)x

引言

低電阻測凰儀按其測試電流的大小可分為兩類(lèi)：一類(lèi)測試電流較大，主要用于接插件、開(kāi)關(guān)、導體等產(chǎn)品的直流低電阻的測量，另-類(lèi)測試電流很小(一般為1mA左右)，用于電雷管、點(diǎn)火具或其他危險易爆場(chǎng)合的接插件、開(kāi)關(guān)等元器件的直流低電阻的測量。該種測量?jì)x對安全性能要求很高，必須增加多種保護電路。在PCB吸設計布線(xiàn)時(shí)也要考慮安全性和可靠性。89年至今，我們不斷改進(jìn)完善電路設計，設計生產(chǎn)了四個(gè)型號的低電阻測量?jì)x，這里介紹的是最新的DZC-4型智能旺電阻測量?jì)x。

一、 總體方案和技術(shù)指標

儀器可分為五個(gè)部分：電源供應、精密恒流源、精密電壓放大器、A／D轉換器、單片機控制器。見(jiàn)圖l主要技術(shù)指標：

1、測試范圍：0~20Ω，0~200Ω，：0~2kΩ(三擋量程自動(dòng)切換)；

2、最高分辨力：0．001Ω；

3、測試電流：0．5mA；

4、測試精度：±(0．2％+2)；

5、整機耗電：＜30mA。

二 硬件設計

l、電源部分 整機采用6節5號鎳氫電池供電(7．2V)，采用通用DC/DC變換器，將電池電壓轉換成穩定的±5V直流電壓。該部分還有電池電壓監測電路和充電電路，電池充滿(mǎn)電可以供儀器連續使用約50小時(shí)。

2、恒流源 由精密基準電壓源和高性能運放組成，向被測電阻提供精確的測試電流。我們將測試電流選為0．5mA。

另外，精密電流源部分是整個(gè)儀器安全性能的薄弱環(huán)節。必須考慮各種內部和外部的可能因素對儀器造成的損壞，從而影響安全性能。主要措施有兩個(gè)： a) 限制電流 利用結型場(chǎng)效應管的恒流特性限制測試電流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。為增加可靠性，采用兩只場(chǎng)效應管串聯(lián)。

b) 限制電壓 采用穩壓極管并聯(lián)于測試端限壓。

3、精密放大器 由斬波穩零運放做測試信號的同相放大，因為A/D轉換器的滿(mǎn)量程電壓為2V，測試電流0．5mA，對應20，200。2k三個(gè)量程的同相放大倍數為200，20，2。在負反饋回路接入兩個(gè)由單片機控制的模擬電子開(kāi)關(guān)SW1、SW2，用于三個(gè)量程不同放大倍數的切換：當量程為2 0 Ω時(shí)SWl、SW2均關(guān)閉，200Ω時(shí)SWl開(kāi)啟，2KΩ時(shí)SWl、SW2均開(kāi)啟。儀器校驗時(shí)應從低量程開(kāi)始，否則不能校準所有的量程，另外，Ri、Rl、R2、R3應選用精密電阻和精密電位器，使溫度的影響降至最低。

4、A／D轉換器(見(jiàn)圖2)采用4 1／2位的ICL7135芯片，將它接成滿(mǎn)量程為2V的電壓表的模式。ICL7135用5位BCD碼的形式向單片機提供數據，并提供過(guò)量程（OV）和欠量程(UN)信號給單片機用于量程自動(dòng)切換。ICL7135的時(shí)鐘頻率來(lái)自T5(CD4060)的Q5端，頻率為125KHz，正好是工頻50Hz的整數倍，能提高儀器抗工頻干擾的能力。A／D轉換頻率約為：3．3次／秒。T5的COUT端還提供4MHz的時(shí)鐘頻率給單片機。

5、單片機控制器(見(jiàn)圖2)此部分的功能有：數據采集、處理、顯示、量程切換、電壓監控等。本機顯示模塊有兩片74LSl64分別用于LED數碼管的位驅動(dòng)和段驅動(dòng)，共有5位數碼顯示。單片機T2的25腳用于關(guān)閉顯示模塊的顯示，以免數碼管在數據傳輸過(guò)程中顯示亂碼。T2的24腳是電池欠壓檢測輸入，T2的23、22腳控制精密放大器的模擬電子開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生需要的放大倍數。

三、軟件設計

本儀器最大特點(diǎn)是用軟件實(shí)現自動(dòng)調零和量程轉換。省去故障軍較高的電位能和量程切換開(kāi)關(guān)。軟件調零的方法是：開(kāi)機后單片機進(jìn)行自檢，如果系統工作正常就讀敢土／D轉換的結果。當連續讀取5個(gè)A／D轉換結果后，判斷它們是否都小于o．2 Ω，否則，就認為操作者沒(méi)有將測試棒可靠短路，儀器繼續顯示調零提示符。如果連續5個(gè)值都小于0．2Ω，這時(shí)，就找出其中最小值作為初始值，以后每次的測量結果都要減去初始值。

根據A／D轉換芯片1CL7135的過(guò)量程和欠量程信號由單片機自動(dòng)進(jìn)行量程切換，量程切換要完成三項工作：首先是切換精密放大器的放大倍率，再是調整初值的有效位數，最后是調整小數點(diǎn)的位置。 PIC16C57單片機沒(méi)有中斷功能，所以采用查詢(xún)的方法與A／D轉換器通訊，利用A／D轉換的間隙顯示數據。

P IC單片機與顯示模塊中的74LSl64采用串行數據通訊，每次只顯示一位數據，為防止顯示發(fā)生閃爍，刷新率應大于30Hz。

程序流程圖見(jiàn)圖3。

四、結束語(yǔ)

儀器與被測電阻采用四線(xiàn)制接線(xiàn)法，能消除接插件電阻的影響。另外，由于儀器分辨力很高，所以要求測試夾具進(jìn)行鍍銀處理。這一點(diǎn)很重要，否則會(huì )造成測試結果漂移不定。

儀器批量生產(chǎn)的測試結果表明：儀器的技術(shù)指標達到設計要求，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)、科研的需要。如果儀器稍加改進(jìn)，可以當作高靈敏的直流電壓表和電流表使用。