簡易自動電阻篩選測試儀的設計

摘 要：設計一款簡易電阻篩選測試儀，以TI公司生產的MSP430F449單片機為核心，采用A/D功能進行電阻信號的采集、處理，以矩陣鍵盤實現輸入電阻元器件的篩選條件。并通過LCD12864完成阻值篩選測試直觀顯示，實現語音自動阻值播報，并提供了友好人機交互界面，本設計實現了具有精度高、可自動轉換量程功能的電阻篩選測試儀，易于實現。

關鍵詞：MSP430F449單片機；矩陣鍵盤；電阻篩選測試儀

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A

1 引言

設計一款制動自動電阻篩選測試儀，測量量程為100Ω、1kΩ、10 kΩ、10MΩ四檔。測量準確度為±1% ，能自動顯示小數點和單位，測量速率大于5次/秒。100Ω、1kΩ、10 kΩ三檔量程具有自動量程轉換功能。即在進行電阻篩選測量時，用戶通過鍵盤輸入要求的阻值和篩選的誤差值；測量時，具有自動篩選功能，儀器能在顯示被測電阻阻值的同時，給出該電阻是否符合篩選要求的指示，設計結果表明，效果比較理想。

2 方案論證與比較

2.1 系統總體設計方案

以TI公司生產MSP430 F449單片機為核心，外圍電路可分為電源模塊、數據采集模塊、人機交互模塊、打印模塊、聲光報警模塊、語音模塊、輔助模塊等。數據采集模塊負責采集電阻阻值；人機交互模塊包括鍵盤輸入、12864液晶顯示；處理器MSP430F449負責協調整個系統的數據處理，人機交互等。總體設計框圖如圖1。

2.2 芯片的選擇

采用AT89C51系列單片機編程自由度大，但其內部總線是8位的，受其結構本身限制很大。

MSP430系列單片機是16位單片機。具有功耗低，功能強大，運行速度快，接口豐富等特點，具有簡潔的指令結構，在低功耗方面優越之處是其他系列不可比擬的，因此MSP430更適合應用于儀器、儀表類產品中，其基本架構是16位，同時在其內部的數據總線經過轉換還存在8位的總線。

基于上述分析，考慮到設計時對A/D轉換的精度要求，故選擇MPS430F449單片機作為控制主芯片，既方便程序編寫和燒錄，又方便控制功能快捷實現。

2.3 鍵盤模塊

采用獨立鍵盤接口設計時每個按鍵需要占用一根輸入口線即占用一個I/O口，獨立式按鍵電路配置靈活，在需要按鍵較少場合，會獲得較好實用效果。

采用矩陣鍵盤接口設計，在需要按鍵較多場合很實用，采用常用掃描法對鍵盤進行識別優點很顯著，缺點也是由于需要不斷地掃描，所以這種設計容易消耗較多的系統資源。由于考慮到本設計需要使用多個按鍵，MSP430又有豐富的接口，故可以選擇此鍵盤

2.4 顯示模塊

LCD12864液晶顯示具有可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強，顯示內容多，字碼顯示柔和，串口通信，利用的I/O口少等特點。只要用一塊LCD12864顯示屏就可以顯示設計要求的全部內容。此外，采用LCD12864液晶顯示有著良好人機界面，控制簡單，編制易懂中文分級菜單界面，優勢明顯。

3 系統硬件設計

3.1 硬件系統工作原理

基于歐姆定律，通以恒定的電壓，用A/D功能采集基準電阻上的分壓信號，轉換成數字信號，得出基準電阻的分壓，然后通過編程控制單片機計算出待測電阻的分壓，求出電流，從而求得待測電阻阻值，送入顯示模塊顯示，用繼電器、三極管通過程序來控制檔位的切換。

3.2 單元電路的功能設計與分析

3.2.1 電阻測量模塊的設計

用四個繼電器、四個三極管結合編程實現電阻的測量，根據阻值控制檔位的切換。采集到電阻的分壓，使用電壓跟隨器連接到單片機的A/D輸入端。

3.2.2 按鍵模塊的設計

采用矩陣鍵盤接口設計，用鍵盤掃描法。當按鍵按下時，該輸入線電平會發生相應變化，通過檢測電平狀態就可以判斷哪個鍵被按下，電路圖如圖2。

3.2.3 聲光報警模塊的設計

在篩選器件時，若達到要求，蜂鳴器會發出“滴滴”的報警聲、指示燈閃爍進行提示。電路圖如圖3。

4 系統軟件設計

4.1 程序總體流程圖

在主程序模塊中，需要完成顯示模塊、按鍵模塊、電阻采集模塊、警報模塊、各參量和接口的初始化以及中斷、計算、循環等工作，主流程圖如圖4所示。

4.2篩選模塊流程圖

刪選流程圖如下圖5所示：

5 測試結果與分析

5.1 基本部分測試與分析

運用公式：絕對誤差=|測得阻值-電阻實際值|。

相對誤差=|測得阻值-電阻實際值|/ 電阻實際值。

測試數序如表1所示，經測驗，設計此款電阻測試儀誤差很小。

5.2設計展示及分析

通過上述設計，完成了樣機整體設計，測試效果比較理想，如圖6所示。

參考文獻

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