基于单片机的简易自动电阻测试仪

作者：王立红

来源：《电子世界》2012年第09期

【摘要】设计了一种具有自动电阻筛选测试仪，选用低功耗单片机C8051F005、多路开关CD4051、步进电机驱动芯片TA8435、LCD LM9033液晶显示器等器件。利用多路开关实现量程自动切换，测量量程为100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四档，测量精度为1%。用户通过键盘输入要求的电阻值和筛选误差值，测量时能在液晶显示器上显示出被测电阻的阻值以及被测电阻是否符合筛选要求，在自动测量时，液晶显示器能显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线。所有电路结构简单，所选器件价格便宜，并给出了测试结果。测试结果表明，该电阻测试仪在自动电阻筛选和自动测量等方面具有较好的指标、较高的实用性。

【关键词】电阻测量；C8051F005单片机；量程自动转换

1.理论分析与计算

1.1 电阻测量原理

利用串联分压原理测量电阻阻值，原理如图1所示。图中在被测电阻上接入恒流源，该恒流源电压由单片机提供，读取被测电阻上的压降，经放大器放大转换为0～10V直流电压，然后送入单片机中，在单片机中进行模数转换后，通过算法处理后经液晶显示器直接显示电阻阻值。

1.2 自动量程转换和筛选功能

利用模拟开关切换档位，如图2所示，模拟开关的切换受单片机的控制。

被测电阻RX接入测试电路后，由单片机通过指令设置模拟开关某一路与RX导通，同时单片机输出恒流源电压接在RX上端节点5上，模拟开关内阻设为R0，根据安培定理，

U=IR，即I=U/R。在串联电路中，电流相等，则有(U5-U1)/RX=U0/R1,U5由单片机输出，U1和U0的值经过放大电路后进入单片机中的模数转换电路，经过模数转换后，单片机通过程序计算出RX的值，如果RX的值与某一路R(R1、R2、R3或者R4)档位接近，则直接在液晶显示器上显示RX的值；假如计算出的RX与此时的这一路R档位值相差比较大，则单片机输出命令字切换模拟开关的档位，再重新开始测试；如此循环，直到被测电阻阻值的某一路R档位接近时，在液晶显示器上显示RX的阻值。但被测电阻的阻值远远大于最大档位时，单片机通过软件设置为无接入电阻。

1.3 电位器阻值变化的曲线装置

通过步进电机拖动电位器旋转变化改变电位器的阻值，从而改变了电位器的端电压值，单片机通过采样电压，利用程序计算出电位器的阻值，并送液晶显示器实时显示；同时输出步进电机的控制信号，驱动电机继续转动电位器的旋钮，再次采样电位器的端电压，换算成电位器的阻值后送显示器显示；如此循环，在液晶显示器上就出现了电位器阻值变化的曲线图。电位器阻值变化的曲线装置如图3所示。

2.主要电路与程序设计

2.1 自动电阻筛选电路设计

采用多路转换开关CD4051，实现电阻自动筛选测试，电路设计如图4所示。图中，被测电阻通过P1的1与2插口输入，通过单片机设置A、B、C来选通X0~X3四组通路，初始值设CBA=000，此时X0与被测电阻串联，电阻测试AIN0与AIN4端电压，利用分压原理,以此求出电阻R的阻值。假如UADC0-UAIN4>>UAIN1，通过单片机修改CBA的值，再次测量，只有在UADC0-UAIN4与UAIN1比较接近时，此时的R值为测试值。当电阻值远远超过最大档位10MΩ显示没有接入测试电阻。

2.2 电机驱动设备电路设计

(1)步进电机的选择

步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1）步距角的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。

2）静力矩的选择

步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。

3）电流的选择