基于单片机的自动电阻测试仪的设计

【摘要】以STC12C5A08S2单片机为核心控制器件，由运算放大器LM358和MOS管9540组成恒流驱动电源给负载供电来获得电压信号送单片机的A/D转换器；由按键设定要求筛选的电阻值和误差同时在LCD12864上显示；由步进电机驱动电位器转动绘出阻值和转角变化曲线。测试结果表明，各项性能均达到指标要求。

【关键词】单片机STC12C5A08S2；自动换挡；LCD12864

1.设计方案的制定

本测试仪主要由LCD显示模块、线性稳压电源模块、恒流驱动电源模块、自动换挡模块、键盘模块、报警模块、电机驱动模块等组成。整体设计框图如图1所示。

图1 整体设计框图

使用STC12C5A08S2单片机。STC12C5 A08S2是带有8通道10位A/D转换的STC单片机，具有超强的抗静电能力，超低功耗、宽电压等特点。里面共有8KB FlashROM作为程序存储器，同时E?PROM容量有53KB。恒流电路采样。被测电阻通过恒流源，电阻的阻值和采样的电压成正比。该电路结构较复杂，但精度高，线性采样，单片机对采样的信号易处理。液晶12864显示。驱动电压低，功耗微小，可靠性高，可显示数字、字母、字符、单位、曲线等。

2.设计的理论分析

根据测量的阻值不同，测量的方法也不同。本测试仪在量程为100Ω，1kΩ和10kΩ这三个档采用恒流电路采样。通过自动量程转换电路，流过的采样电流分别是50mA、5mA和0.5mA。单片机分送到单片机识别的电压是：

U=I×R

I是采样电流，R是被测电阻。以100Ω为例。电阻最大为100Ω，电流为50mA，采样电压是U=50mA×100Ω=5V，正好是单片机采样的最大值。单片机STC12C5A08S2内部有8路10位A/D转换模块，分辨率为1024，满足设计要求。

先让电路设在最大量程即10kΩ，此时恒流源的电流为0.5mA，采样的电压为：U=0.5mA×R，当电阻大于1kΩ时，U大于0.5V，通过A/D转换得到的数字信号大于100，此时档位不变。当电阻大于100Ω小于1kΩ时，采样的数字信号大于10小于100，此时档位变为5mA的恒流源。当采样信号小于10时，档位变为0.5mA.这样既保证了精度，又实现了自动量程转换。

筛选功能电路设为四个按键：设定、移位、加一和确定。按下设定，电路处于设定状态，此时不在识别被测电阻。在设定状态，共有五个参数可设定，分别是：要求的电阻值的十位、个位、电阻值的倍乘、误差的十位和误差的个位。通过移位按键可以在这五个参数之间转换。通过加一按键可以使五个参数从零加到九，再加一又回复到零。按下确定按键，电路回到被测状态。

3.硬件电路的设计

3.1 线性稳压电源电路的设计

线性稳压电源电路原理图如图2所示。该电路采用了高精度线性稳压电源，进一步提高运算放大器的性能，测量电阻值的精度也得到了提高。

选用可调集成稳压器LM317和LM337，调节输出电压采用多只电阻器并联方式，并采用1%精度电阻，确保输出电压值的低漂移，能够精确的调节输出电压，经调试，用4位半数字万用表测得输出电压为+12.002V和-12.000V。

图2 线性稳压电源电路

3.2 恒流源及换挡模块电路

恒流源及换挡模块电路原理图如图3所示。R1和R2对12V的电源进行分压得到LM358输入端的电压U=R1/（R1+R2）×12=8V。R4、R6和R7的电压是12V-8V=4V。由于电阻一定，不管被测电阻怎样变化（不能超出范围），流过被测电阻的电流不变，这样电阻的大小和送到单片机的A/D电压成正比，实现了电阻到电压的变化。对于检测得到信号的不同，对三个继电器分别加以控制，实现自动换挡。

图3 恒流源及换挡模块电路

3.3 电机驱动模块电路

图4 电机驱动模块电路

电机驱动模块电路原理图如图4所示。单片机开启步进电机，使步进电机处于匀速状态，步进电机驱动电位器转动，这样电阻也均匀增大，同时等间隔对其电压采样。

4.软件设计

程序设计流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

5.测试结果

测试结果如表1-4所示。通过按键键入所需电阻阻值及设定误差值，经本仪器检测，测量结果如表5所示。当被测电阻不符合要求时，报警灯闪亮。

6.结论

由表1、表2、表3、表4、表5的测试数据可知，本仪器测量精确度在1%内，100Ω、1KΩ、10KΩ范围内任意电阻阻值均能准确测量，量程自动转换。当被测电阻不符合要求时，报警灯闪亮，符合要求时，报警灯不亮，该装置具有自动筛选功能。同时采用液晶12864，可显示曲线或阻值、误差值等，达到显示功能。

参考文献

[1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]孙骆生.电工学基本教程[M].北京：高等教育出版社（4版），2008.

[3]毕淑娥.电工与电子技术基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.

作者简介：张娇（1991―），女，山东济宁人，研究方向：汽车运用工程。