簡易電阻測試儀

莫蘇芮

(中共忠縣縣委黨校，重慶 404300)

在當代隨著社會的發展，科技的進步。就在電子行業發展的今天，我們知道在很多的電器設備上都有電阻元件，我們需要測量電阻的參數在測試在電子設計中又是非常重要的，目前我們測試電阻的參數基本上都采用萬用表直接測試元件的兩端以測得元件參數。但在實際的元件上電阻等元件已經焊接在電路板上，而像電阻一般不是一個獨立的元件，而是和其他的元件或并、或串聯在一起，直接測試兩端的話將會造成極大的誤差。這就需要我們想辦法來形成一個測量儀來測量一個與它有關系的值來轉換測量，因此就需要發展我們的電阻測試儀。

1 系統設計方案

首先將電阻對應的電壓實現各個參數的測量，接著將模擬電壓信號送入A/D采樣，通過A/D把模擬信號轉換為數字信號，再把數字信號送入單片機處理，完成電阻測量，再通過單片機與顯示模塊的連接，顯示測量結果。該測試儀使用C語言編寫了系統應用軟件，包括主控制模塊、A/D轉換模塊、顯示模塊、電阻測試模塊的相應程序。

2 單元模塊電路設計

2.1 電阻測量部分

2.1.1 方案選擇

方案：分壓法具有較高的可操作性，串聯分壓測量電阻即通過測量電壓來實現

2.1.2 方案設計

分壓即電阻串聯分壓，在電路中被測電阻滑動變阻器Rv1和一個高精度的已知基準電阻R1串聯，并在兩個電阻的兩端加一個已知的恒定電壓U。設測量部分電阻為Rx、對地電壓為Ux,R1兩端的電壓為U1，根據歐姆定律:

U-Ux/(R1+Rv1-Rx)=Ux/Rx

化簡可得 Rx=(R1*Ux+Rv1*Ux)/U

由于R1，Rv1已知，Ux由電路自動測量得到，經過單片機計算可得出被測電阻的阻值。

2.1.3 方案說明

我們要實現的是一個簡易的電阻測量儀需要實現的就是把電阻值給測量出來，因此我們就可以直接用串聯分壓測量電阻值的大小，通過測量電阻兩端的電壓來實現電阻的測量，測量電阻Rx范圍在0-1K即Rv1值為1K，電壓與電阻之間有固定的轉換關系單片機可計算出來。

(1)圖2所示R1為已知電阻，Rx為被測電阻，Ux為被測電阻電壓值，總的電壓值U為提供的5V電壓源。

(2)本設計在選擇被測電阻時運用一個滑動變阻器來表示被測電阻。滑動在變阻器不同位置代表不同的電阻值獲得多個不同的結果滿足設計的測量要求。

(3)滑動變阻器的阻值范圍是0-1K,可以改變變阻器的位置確定不同的大小，但他們的電壓電阻數字關系保持不變，就可以獲得我們所需要的結果，這個值是確定的，則最后的測量結果誤差也小。

(4)綜上我們發現設計時刻根據關系法來確定電阻電壓關系，在設計中我們知道是通過電路中整個電路的電壓在確定的情況下設計轉換電阻與電壓的關系，則需用到穩定電壓作為設計的前提。

2.1.4 分壓電路

電子產品中，常見的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。三端IC是指這種穩壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端，因為三端固定集成穩壓電路的使用方便，因此電子制作中經常采用常用的三端集成穩壓。

本設計電路中，芯片7805構成恒壓源，由7805提供5V電壓，構成總電壓為5V的串聯分壓電路，7805外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，簡化了電路設計。電路由交流電源、變壓器、整流電路、濾波電路和穩壓電路、負載幾部分組成。

2.2 A/D轉換

單片機能夠讀取的是數字信號，對于這部分就要實現電壓的A/D轉換，我們就需要將被測電阻的兩端模擬電壓轉換為數字電壓。由于TLC1543與單片機連接簡單，與單片機的接口采用串行接口方式連接引線很少，并且它的精度是10位有一定的準確性因此在A/D轉換部分我們選擇該芯片作為模數轉換器件。

TLC1543是CMOS、10位開關電容逐次逼近模數轉換器。它有三個輸入端和一個3態輸出端：片選(CS)、輸入/輸出時鐘(I/0 CLOCK)、地址輸入(ADDRESS)和數據輸出(DATAOUT)。這樣通過一個直接的四線接口與主處理器或其外圍的串行口通訊。片內含有l4通道多路選擇器可以選擇l1個輸入中的任何一個或3個內部自測試(self—test)電壓中的一個。在轉換結束時，“轉換結束”信號(EOC)輸出端變高以指示轉換的完成。系統時鐘由片內產生并由I/O CLOCK同步。片內轉換器設計使器件有高速(10μS轉換時間)、高精度(10位分辨率、最大±1LSB線性誤差)和低噪聲特點。

2.3 主控模塊

主控模塊作為整個系統的控制核心部分，單片機AT89C51。AT89C51單片機是一種可編程的集成度高、抗干擾能力強的一種CMOS8位低功耗集成芯片。

在本系統中單片機是整個操作系統的中樞，整個系統是通過單片機來控制其它各部分的電路，由電路測量所得的數據需要通過單片機軟件處理進行轉換后將其送到液晶顯示器顯示。AT89C51其內部結構包括8位的中央處理單元CPU含布爾處理器，其片內具有256字節RAM和4KB的ROM存儲單元，4個8位的既可做輸入也可做輸出并行 I / O即P0—P3，2個16位的定時/計數器，1個全雙工異步串行口，一套完善的中斷系統具有五個中斷源、兩個優先級，可編程進行控制。由于AT89C51是中間轉換的作用，當采集的數據是模擬電壓值信號要通過A/D轉換為單片機識別的數字電壓信號后就需要經過單片機的軟件處理將其電壓值轉換為電阻值。

2.4 顯示模塊

實驗的結果是測試出電阻的阻值，因此測出的阻值就需要將其電阻值在液晶上顯示出來。LCD1602是用來顯示字符，對于本處需要顯示的是電阻值表示如0.001k、0.999k的數字和字符，因此對此選擇運用LCD1602對單片機AT89C51處理后的數據進行穩定顯示。

我們用的液晶顯示器是字符型液晶模塊，它是一種用5x7點陣圖形來顯示字符，通常根據顯示的容量將液晶顯示器可以分為1行16個字、2行16個字、2行20個字等等，而對本系統顯示模塊采用的就是2行16個字的1602液晶模塊[7]。LCD1602一共含有14個引腳，特別注意的是第4、5、6、7腳.第4腳：RS為寄存器選擇，它是數據/命令選擇端，當RS=1時選擇數據寄存器、RS=0時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀/寫選擇端，當R/W=1時進行讀操作，R/W=0時進行寫操作。當RS和R/W共同為0時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為0、R/W為1時可以讀忙信號，當RS為1、R/W為0時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由1跳變成0時，液晶模塊執行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。通常我們在使用LCD1602模塊時要進行初始化，初始化內容為：清屏，功能設置，顯示與不顯示設置，輸入模式設置。

2.5 擴展模塊

雖然在單片機芯片內部集成了計算機的基本功能部件，但由于一些應用系統，還需要擴展一些外圍芯片，以增加單片機的硬件資源。總線信號通過8155I/O擴展電路再連接到液晶數據口將其顯示出來。8155芯片是單片機應用系統中廣泛使用的芯片，8155的內部邏輯結構由三部分組成：存儲單元為256字節的靜態RAM；3個可編程的I/O，其中A口和B口為8位口，另外的一個口C口為6位口；另外還有1個14位的定時器/計數器。

因為8155的許多信號與51單片機兼容，因此8155與MCS-51單片機的連接比較簡單兩者可以直接相連。AD[0..7]為數據地址復用線與單片機的P0口能夠直接相連不需加地址鎖存器，因為8155內部已有鎖存器，因此連接時不需要再加鎖存器。除此8155的ALE、RESET、RD、WR與51單片機的ALE、RST、RD、WR都是可以直接連接。綜上所以選擇8155芯片來作為擴展模塊擴展I/O口。本設計中將AD[0..7]數據總線直接與C51的P0口連接，PA口的數據輸出與液晶顯示屏LCD相連。單片機通過片選線選通8155芯片，然后將要傳輸的數據通過AD[0..7]送入8155芯片，8155芯片對輸入的地址進行譯碼并通過PA口輸出。

3 程序設計

電阻測量部分采集電壓信號經A/D轉換后由單片機處理數據再通過液晶顯示模塊顯示電阻值。除主程序外包括A/D轉換、LCD顯示、延時子程序。

4 實驗結果

如下表所示，Ux為所測電壓值，Rx為所測電阻值，R為實際電阻值。在本設計測量系統中通過測量電阻兩端的電壓值Ux，然后通過電壓值與電阻值之間的定量關系進行兩者轉化而得到我們所需的電阻值。未知測量電阻是采用滑動變阻器，在知道整個電阻值的情況下滑動在不同位置占不同的百分比就接入不同的電阻測量值，我們就可以通過這個知道我們所實際接入的電阻值因此滑動位置也就得到每一個理論值R。

表1 實驗結果

從上表結果中，我們可以觀察到電阻測量值與理論值相比誤差范圍很小，因為整個設計是在穩壓的前提下實現因此測量結果是一系列與理論值接近的電阻值。方案簡單且沒有造成電阻損失，唯有7805穩壓電路提供穩壓電源信號不精確造成電阻分壓法分得電壓值不準確有誤差，其次電阻串聯部分滑動變阻器時不夠穩定造成誤差。除此之外，系統的結構設計、元器件選擇等會造成測量的誤差，為提高電阻測試儀的的精度，減小實際測量值與真實值之間的誤差，本測試儀采用了軟件補償硬件的方法，在實際值與測量值之間尋找規律，建立函數，使所有的固有誤差得到最有效的補償，同時實現了自動校零的功能。

5 實驗總結

本系統通過分壓電阻測試法將測量電阻的電壓測試出來，通過TLC1543實現A/D轉換將所得的模擬電壓轉化為數字電壓，再通過AT89C51單片機處理數據將電壓又轉化為對應的電阻，最后將其所得電阻值用LCD1602顯示出來。

根據以上的測試結果表明，系統按照要求完成了電阻的測試，很好的滿足了系統設計中所提出設計內容和功能。高精確度是我在設計整個電路時的基本原則，經作品最終測試后從實驗結果圖中可觀察到這種方法測量范圍較寬,誤差值比較小、相對誤差小于1%。這也最終說明了方法的可行性，因此串聯分壓法適合于簡易電阻的測量。