單片機(jī)在線測(cè)試系統(tǒng)

4　電容在線測(cè)試原理

電容在線測(cè)試原理電路如圖4所示。

　　圖中Cx為印刷板上被測(cè)電容，Rx為板上與Cx并聯(lián)的電阻，Z1和Z2為板上Cx兩端旁路的總等效阻抗，Uref為基準(zhǔn)的正弦波信號(hào)源，Rr為基準(zhǔn)電阻。如同上述電阻在線測(cè)試所分析的那樣，根據(jù)理想運(yùn)算放大器的“虛短”原理及深度電壓負(fù)反饋輸出電阻為零的特征，可消除Z1和Z2的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)Cx和Rx并聯(lián)阻抗Zx的“電隔離”。由圖4不難看出：

Uc＝－Uref Zx／Rx　　

在印刷電路板上，電容Cx通常與Rx之間并聯(lián)，如何從并聯(lián)電路中單獨(dú)測(cè)得Cx值，這是電容在線測(cè)試的關(guān)鍵。為此，我們提高正弦波發(fā)生器Uref的頻率F，使Cx的容抗1／（ωCx）＜＜Rx，則可忽略Rx，使并聯(lián)阻抗Zx近似等于Cx的容抗。即

式中Rr，Uref和頻率F均為已知，測(cè)得Uc，便可用上式求出Cx。我們稱此法為“高頻近似法”。分析可知，若Rx大于被測(cè)電容Cx的容抗Zc的5倍，即若Rx≥5Cx，那么，按式Cx＝Uref／（2лFRr

Uc）求出Cx的誤差不大于2％?？紤]到測(cè)量中因其它因素引起的誤差，整個(gè)誤差總和也不大于5％。對(duì)于一般要求這種誤差已經(jīng)滿足了。在實(shí)際電路中，電容量的范圍很廣，與電容器并聯(lián)的電阻值差別也很大。為實(shí)現(xiàn)高頻近似法測(cè)試Cx，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的信號(hào)頻率。為了便于測(cè)量控制，又不使正弦波信號(hào)發(fā)生器過于復(fù)雜，采取的措施是將信號(hào)源的頻率按5倍頻分檔，并使各檔信號(hào)Uref的幅度相等。由低向高按5倍關(guān)系逐檔增高信號(hào)頻率，同時(shí)測(cè)量響應(yīng)的輸出電壓Uc，并計(jì)算相鄰兩檔低頻輸出電壓Ucl和高頻輸出電壓Uch的比值。分析證明，若該比值Ucl／Uch≥3．6時(shí)，則可以用這個(gè)高檔頻率的信號(hào)測(cè)量Cx，此時(shí)的輸出電壓Uc＝Uch。將此時(shí)的f，Uref和Uc代入Cx＝Uref／（2лfRrUc），便可求得Cx。而Ucl／Uch≥3．6則可作為“高頻近似法”選擇測(cè)試頻率的依據(jù)。

5　系統(tǒng)軟件

　　該在線測(cè)試系統(tǒng)的軟件，采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、若干子程序和中斷程序組成，并且采用了數(shù)字濾波等軟件抗干擾技術(shù)，提高了測(cè)試精度。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖5所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后，先初始化，然后判斷測(cè)試Cx還是Rx，則分別進(jìn)入各次的測(cè)試程序，開始在線測(cè)試。電阻在線測(cè)試過程為：被測(cè)電阻Rx通過Rx／Ur轉(zhuǎn)換電路，將Rz轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓Ur，送入A／D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)國(guó)家輸入得數(shù)據(jù)，選擇最佳量程，并控制量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇合適的基準(zhǔn)電阻Rr，實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)化。在單片機(jī)控制下，進(jìn)行多次（如8次）采樣測(cè)試，并對(duì)各次測(cè)得的Ur求取平均值，然后計(jì)算出電阻Rx，最后送顯示器顯示。

　　電容在線測(cè)試過程為：將Cx／Uc轉(zhuǎn)換電路，在正弦波信號(hào)發(fā)生器的作用下將Cx的數(shù)值轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓Uc，送入A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送至單片機(jī)。單片機(jī)開展量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇最佳量程，獲得與Cx相應(yīng)的Uc值。單片機(jī)通過頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)，控制正弦波信號(hào)發(fā)生器的振蕩頻率，從最抵擋頻率開始，按5倍頻逐級(jí)增頻率。同時(shí)讀入各檔的相應(yīng)Uc值，并對(duì)相鄰兩檔頻率的數(shù)據(jù)Ucl和Uch求商Ucl／Uch，判斷Ucl／Uch是否大于3．6，若不大于此值，則繼續(xù)讀入求商，直到Ucl／Uch≥3．6，單片機(jī)就根據(jù)最后這次Fh和Uch，按式Cx＝Uref／（2лfhUch）求Cx值，并送顯示器顯示被測(cè)的電容量數(shù)值。