基于PIC單片機(jī)的智能低電阻測量儀

引言

低電阻測凰儀按其測試電流的大小可分為兩類：一類測試電流較大，主要用于接插件、開關(guān)、導(dǎo)體等產(chǎn)品的直流低電阻的測量，另-類測試電流很小(一般為1mA左右)，用于電雷管、點(diǎn)火具或其他危險易爆場合的接插件、開關(guān)等元器件的直流低電阻的測量。該種測量儀對安全性能要求很高，必須增加多種保護(hù)電路。在PCB吸設(shè)計布線時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(shè)計，設(shè)計生產(chǎn)了四個型號的低電阻測量儀，這里介紹的是最新的DZC-4型智能旺電阻測量儀。

一、 總體方案和技術(shù)指標(biāo)

儀器可分為五個部分：電源供應(yīng)、精密恒流源、精密電壓放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)控制器。見圖l主要技術(shù)指標(biāo)：

1、測試范圍：0~20Ω，0~200Ω，：0~2kΩ(三擋量程自動切換)；

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(jī)耗電：＜30mA。

二 硬件設(shè)計

l、電源部分 整機(jī)采用6節(jié)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(zhuǎn)換成穩(wěn)定的±5V直流電壓。該部分還有電池電壓監(jiān)測電路和充電電路，電池充滿電可以供儀器連續(xù)使用約50小時。

2、恒流源 由精密基準(zhǔn)電壓源和高性能運(yùn)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儀器安全性能的薄弱環(huán)節(jié)。必須考慮各種內(nèi)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： a) 限制電流 利用結(jié)型場效應(yīng)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，采用兩只場效應(yīng)管串聯(lián)。

b) 限制電壓 采用穩(wěn)壓極管并聯(lián)于測試端限壓。

3、精密放大器 由斬波穩(wěn)零運(yùn)放做測試信號的同相放大，因?yàn)锳/D轉(zhuǎn)換器的滿量程電壓為2V，測試電流0．5mA，對應(yīng)20，200。2k三個量程的同相放大倍數(shù)為200，20，2。在負(fù)反饋回路接入兩個由單片機(jī)控制的模擬電子開關(guān)SW1、SW2，用于三個量程不同放大倍數(shù)的切換：當(dāng)量程為2 0 Ω時SWl、SW2均關(guān)閉，200Ω時SWl開啟，2KΩ時SWl、SW2均開啟。儀器校驗(yàn)時應(yīng)從低量程開始，否則不能校準(zhǔn)所有的量程，另外，Ri、Rl、R2、R3應(yīng)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(zhuǎn)換器(見圖2)采用4 1／2位的ICL7135芯片，將它接成滿量程為2V的電壓表的模式。ICL7135用5位BCD碼的形式向單片機(jī)提供數(shù)據(jù)，并提供過量程（OV）和欠量程(UN)信號給單片機(jī)用于量程自動切換。ICL7135的時鐘頻率來自T5(CD4060)的Q5端，頻率為125KHz，正好是工頻50Hz的整數(shù)倍，能提高儀器抗工頻干擾的能力。A／D轉(zhuǎn)換頻率約為：3．3次／秒。T5的COUT端還提供4MHz的時鐘頻率給單片機(jī)。

5、單片機(jī)控制器(見圖2)此部分的功能有：數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、量程切換、電壓監(jiān)控等。本機(jī)顯示模塊有兩片74LSl64分別用于LED數(shù)碼管的位驅(qū)動和段驅(qū)動，共有5位數(shù)碼顯示。單片機(jī)T2的25腳用于關(guān)閉顯示模塊的顯示，以免數(shù)碼管在數(shù)據(jù)傳輸過程中顯示亂碼。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關(guān)，產(chǎn)生需要的放大倍數(shù)。

三、軟件設(shè)計

本儀器最大特點(diǎn)是用軟件實(shí)現(xiàn)自動調(diào)零和量程轉(zhuǎn)換。省去故障軍較高的電位能和量程切換開關(guān)。軟件調(diào)零的方法是：開機(jī)后單片機(jī)進(jìn)行自檢，如果系統(tǒng)工作正常就讀敢土／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。當(dāng)連續(xù)讀取5個A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，判斷它們是否都小于o．2 Ω，否則，就認(rèn)為操作者沒有將測試棒可靠短路，儀器繼續(xù)顯示調(diào)零提示符。如果連續(xù)5個值都小于0．2Ω，這時，就找出其中最小值作為初始值，以后每次的測量結(jié)果都要減去初始值。

根據(jù)A／D轉(zhuǎn)換芯片1CL7135的過量程和欠量程信號由單片機(jī)自動進(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(diào)整初值的有效位數(shù)，最后是調(diào)整小數(shù)點(diǎn)的位置。 PIC16C57單片機(jī)沒有中斷功能，所以采用查詢的方法與A／D轉(zhuǎn)換器通訊，利用A／D轉(zhuǎn)換的間隙顯示數(shù)據(jù)。

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

程序流程圖見圖3。

四、結(jié)束語

儀器與被測電阻采用四線制接線法，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，否則會造成測試結(jié)果漂移不定。

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