自动电阻测试仪

自动电阻测试仪摘要本简易电阻自动测试仪采用AT89S52单片机为核心控制器，利用伏安法测电阻的测量方法，将测量的电压值通过模数转换模块AD7705转换成数字信号，将数字信号输入AT89S52单片机进展处理，完成电阻测量功能、自动换挡和筛选功能、电位器阻值变化曲线测试的功能。再通过单片机与显示模块的连接，显示测量结果。关键词：电阻自动测试仪、AT89S52、电阻测量功能、自动换挡、曲线测试、AD7705引言自动电阻测试相对于手工测试的优点有很多，优化测试速度：可非常快速的运行上万条记录；提高准确性、稳定性：可以不为外界因素干扰，准确运行测试用例；确定性：能真实快速搭建测试环境，测试数据，重现缺陷；提高工作效率：一边运行自动化测试，一边准备测试报告；测试环境搭建：可以结合多种编程语言及技术协助搭建测试环境，防止手工测试重复劳动，如批处理技术；提高技能：可提高测试人员技能，同时提高对测试的兴趣，防止对手工测试感觉枯燥。数据处理方面的优点有，测试数据：自动化测试工具可以根据需要，准备大量的测试数据；数据处理：测试结果有时需要再进展相应的数据处理；用例准备：可以使用相关脚本技术准备大量的测试用例。自动电阻测试的开展必将大大提高电阻的测试效率和准确率，使电子产品的的制作更加方便，减少在这上面的人力资源，将来必将影响整个电子行业。二、方案论证2.1方案论证与比较2.1.1测试方案比照方案一：交流电桥测量法。交流电桥的构造及原理均与直流惠斯通电桥一样，电源使用交流电，四臂的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4，可以用电阻、电感、电容或其他组合，电桥平衡的条件是Z1*Z2=Z3*Z4此条件显示交流电桥不同于直流电桥：首先条件有两个，因此，需要调节两个参数才能使电桥平衡；其次，阻抗的多样性可以组合成各具特色的电桥，但非所有电桥都能同时满足到达平衡的条件。方案二：直接测量法，也叫转换测量法。测量时，把电阻欧姆先转换成别的量再测量。比方把被测量电阻施加以一个的电压，则再测量流过电阻的电流，根据欧姆定律，这个电流与电阻成正比。因此，我们采用测量这个电压，就可以得到电阻值。直接测量简单快速，但转换后很多因素直接参与误差奉献，比方恒流源的精度、电压表的精度都直接影响被测电阻值。方案三：电阻—电压转换测量法，采用R/U转换器将被测电阻转换成电压，经转换后得到的直流电压经A/D转换器转换为数字信号，由单片机控制输出显示被测电阻值到LCD。方案四：恒流源测量法，该方法是给待测电阻提供一个恒定电流，利用单片机的AD采集其两端的电压来确定其电阻值。此种方法简单易行，但是由于电阻变化*围是100Ω~10MΩ，电压变化*围太大，而我们采用的是专用的AD进展转换，所以能实现要求的指标，综合性能优于其它几中方案。综合考虑，选择方案四。单片机控制系统方案设计比照方案一：使用AT89S52单片机作为系统的控制核心。单片机具有体积小，片上资源丰富，使用灵活，易于人机对话，是采用CMOS工艺的8位单片机，与AT89S51完全兼容，有较强的指令寻址和运算功能等优点，但是该单片机是8位机，运行速度比较慢，功耗较高方案二：使用STC12C5A32S29单片机作为系统的控制核心。STC12C5A32S29具有体积小，片上资源丰富和I/O口多可复用的优点，最重要的是STC12C5A32S29是16位机，具有超低的功耗，而且本身集成8路10位的ADC，这是其他控制器不可比较的优势，但是由于这种单片机的使用不是很熟练，使用起来存在很多弊端而AT89S52已经满足我们的要求。在此系统中，我们经过细致的思考，最终选择了方案一，用AT89S52作为整个系统的控制与计算中心。2.2.3信号采集模块比照方案一：可以使用555振荡器，通过555振荡器测试不同阻值被测电阻时产生不同的脉冲，将所获得的脉冲信号送至单片机，通过单片机内部软件对脉冲信号的处理，将所测值显示在液晶显示屏上。方案二：设置恒流源电路，当测试被测电阻时，产生对应的电压值，然后使用A/D转换器AD7705集成块完成A/D转换，将所获得的数字量送至单片机，通过软件对数字量的处理，将所测值显示在液晶显示屏上。综合考虑系统的各项性能，最后我们考虑采用方案二。2.2.4档位选择模块比照方案一：选用晶体二极管作为开关元件。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关，利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。用二极管作为开关作为档位的选择开关，采用单片机控制二极管的开关实现对档位的选择。方案二：采用选择器CT74LS151集成块实现对不同档位的选择。当单片机检测到所测电阻阻值大于所选档位时自动控制选择器CT74LS151实现对适当档位的选择。方案三：采用继电器作为档位开关控制，继电器是一种电控制器件。它具有控制系统〔又称输入回路〕和被控制系统〔又称输出回路〕之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流的一种“自动开关〞。故在电路中起着自动调节、平安保护、转换电路等作用。采用4个继电器分别控制不同电阻测试档位。控制系统由单片机系统控制。综合考虑设计的准确性和可操作性，我们决定采用方案三2.2.4显示模块比照方案一:采用LED数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显示信息量小，且自身功耗较大。方案二：12864点阵LCD液晶显示。LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单。我们需要显示内容较多，所以采用此方案。2.2.5电机驱动模块比照方案一：采用直流电机，直流电机速度快，价格廉价，通过调节电流来改变速度，驱动电路简单，调速*围广，调速特性平滑。但其转距小，带有大负载时很容易堵转；而且由于其速度较快，不易控制，准确度低，不适合应用在此题。方案二：采用步进电机，步进电机是一种能将电脉冲转化为角位移的机构，通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其准确度高。通过分析题目要求，步进电机可以到达题目要求的精度，而且价格适中，控制简单。综上所述，我们决定采用步进电机。2.2.6显示模块比照方案一:采用LED数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显示信息量小，且自身功耗较大。方案二：12864点阵LCD液晶显示。LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，控制简单。我们需要显示内容较多，所以采用此方案。2.2.7电源模块比照方案一：采用开关直流稳压电源。开关电源功率大，效率高，但是纹波大，价格相对较高。方案二：采用线性直流稳压电源。线性稳压电源制作简单，输出稳定，性价比较高。综合考虑，我们选择方案二。2.2各模块方案确认〔1〕主控模块：选用AT89S52。〔2〕信号源模块：电阻测量采用恒流源法。〔3〕测量模块：信号采集电路选用AD7705。〔4〕档位选择模块：采用继电器作为档位开关控制。〔5〕电机驱动模块：电机采用步进电机。〔6〕液晶显示采用12864LCD液晶。〔7〕电源模块：采用线性直流稳压电源。图1简易自动电阻测试仪系统框图TOC\o"1-3"\h\u三、硬件电路设计3.1程序流程本简易电阻自动测试仪采用AT89S52单片机为核心控制器，利用基于LM358构成的恒流源的电阻测量方法，将测量的电压值通过模数转换模块AD7705转换成数字信号，将数字信号输入AT89S52单片机进展处理，完成电阻测量。再通过单片机与显示模块的连接，显示测量结果。该测试仪由电阻测量电路模块、电位器阻值变化曲线测试模块、单片机、A/D转换电路、时钟电路、稳压电源、恒流源、显示、键盘等模块组成。系统方框图如图3.1所示。AT89S52〔CPU〕AT89S52〔CPU〕键盘控制阻值信号采集数据显示A/D转换分频电路电源电路档位切换图2总体设计框图3.2模块电路介绍3.2.1电源模块输入的外部电源首先经过桥式整流、滤波电路滤波，再经过7805芯片稳压成5V的直流电压，向主控制器供电。图3电源模块电路电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格廉价。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。3.2.2单片机与键盘控制AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断构造，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停顿工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停顿，直到下一个中断或硬件复位为止。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1〞时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1〞时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入〔P1.0/T2〕和定时器/计数器2的触发输入〔P1.1/T2E*〕。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能：P1.0T2〔定时器/计数器T2的外部计数输入〕，时钟输出P1.1T2E*〔定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制〕P1.5MOSI〔在系统编程用〕P1.6MISO〔在系统编程用〕P1.7SCK〔在系统编程用〕P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1〞时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器〔例如执行MOV*DPTR〕时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址〔如MOV*RI〕访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1〞时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流〔IIL〕。P3口亦作为AT89S52特殊功能〔第二功能〕使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能：P3.0R*D(串行输入口)P3.1T*D(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE〔地址锁存允许〕输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲〔PROG〕。如有必要，可通过对特殊功能存放器〔SFR〕区中的8EH单元的D0位置位，可制止ALE操作。该位置位后，只有一条MOV*和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE制止位无效。PSEN：程序储存允许〔PSEN〕输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令〔或数据〕时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器〔地址为0000H-FFFFH〕，EA端必须保持低电平〔接地〕。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平〔接Vcc端〕，CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。*TAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。*TAL2：振荡器反相放大器的输出端。图4键盘控制原理图键盘功能如下：s1；电阻筛选功能键；s2：-s3：+s4：自动测量电位器图4键盘控制原理图3.2.3电机驱动电路电机驱动模块采用电机驱动芯片ULN2003来控制步进电机。输入的信号用光耦TLP512-5送入ULN2003，很好的隔离了输入与输出信号，抗干扰能力强。进而带动电位器旋转，实现电位器阻值变化曲线测试功能。ULN2003的作用：ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度*围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。图5电机驱动原理图3.2.4A/D采样模块在AD7705与单片机系统进展连接时，使用并行采集方式，要连接BCD码数据输出线，可以将AD7705的/STB信号接至AT89S52的P3.2〔INT0〕。AD7705是AD公司新推出的16位Σ-ΔA/D(电荷平衡式)转换器。器件包括由缓冲器和增益可编程放大器(PGA)组成的前端模拟调节电路,Σ-Δ调制器,可编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的多路微小信号进展AD转换。这种器件还具有高分辨率、动态*围宽、自动校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点,非常适合仪表测量、工业控制等入通道,能到达0.003%非线性的16位无误码数据输出,其增益和数据输出更新率均可编程设定,还可选择输入模拟缓冲器,以及自校准和系统校准方式。工作电压3V或5V。3V电压时,最大功耗为1mW,等待模式下电源电流仅为8mA。AD7705需要外部的时钟信号，本设计采用CD4040来对ALE信号进展分频。CD4040是由12个T型触发器组成的串行二进制计数器/分频器，有12个分频输入端，Q1-Q12，最大分频系数为2¹²=4096。本设计将单片机的ALE16分频作为AD7705的时钟。图7AD采样模块图6AD7705转换电路引脚说明如表1所示管脚号管脚名称管脚功能描述1SCLK逻辑电源地2MCLKIN逻辑电源正3MCLKOUTLCD驱动电压4CS数据/指令选择端。当D/I=1时，数据DB0-DB7将送入显示RAM；当D/I=0时，数据DB0-DB7将送入指令存放器执行5RESET这个是读写控制输入端当R/W=“1〞，E=1时，数据被读入DB7-DB0;当R/W=0，E为下降沿时，DB7-DB0的数据被写入IR和DR6AIN1(+)AIN1(-)使能端。当R/W=1，E=1时数据被读入DB7-DB0;当R/W=0，E为下降沿时，DB7-DB0的数据被写入IR和DR7AIN2(+)AIN2(-)数据输入/输出引脚8REFIN(+)REFIN(-)片选信号，低电平时选择前64列9DIN片选信号，低电平时选择后64列10DOUT复位控制信号，低电平有效11RDRYLCD驱动电压输出端表1将AD7705的SCLK、CS、DIN、DOUT、DADY分别与单片机上的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4口相连，DIN线用来向片内存放器传输数据，而DOUT线用来访问存放器里面的数据。SCLK是串行时钟输入，所有的数据传输都和SCLK信号有关，对于单片机的借口，为确保单片机转换的数据稳定可靠，在两次相连的数据传输之间，应将SCLK设置为高电平。DRDY_作为状态信号，表示数据什么时候准备好一边从存储器中读取数据。AD7705读写操作严格按照时序进展，如图7所示。图7AD7705读写时序图3.2.5档位切换电路控制系统由单片机控制，采用4个继电器分别控制不同电阻测试档位。当单片机相应的I/O口输出低电平时，三极管导通，继电器线圈得电吸起，从而接通相应的基准量程电路。档位的选择是根据阻值采集电路产生的电压U*来确定的，U*通过AD转换转换成数字量，单片机根据数字量的大小来控制相应I/O口输出低电平相应的三极管导通，继电器线圈得电吸起，从而接通相应的基准量程电路。图8档位切换电路3.2.6数据显示通过LCD驱动程序对AT89S52处理后的结果数据进展稳定显示，在测试期间显示能够保持稳定状态，当离开测试能够迅速归零。图9数据显示原理图12864点阵图形液晶显示模块由128*64点阵的液晶屏、KS0107点阵液晶显示驱动器、KS0108点阵液晶显示控制及DC/DC变压器构成，这些部件均集中在液晶显示模块上。12864的引脚定义和功能如表2所示。管脚号管脚名称管脚功能描述1Vss逻辑电源地2Vdd逻辑电源正3VOLCD驱动电压4D/I数据/指令选择端。当D/I=1时，数据DB0-DB7将送入显示RAM；当D/I=0时，数据DB0-DB7将送入指令存放器执行5R/W这个是读写控制输入端当R/W=“1〞，E=1时，数据被读入DB7-DB0;当R/W=0，E为下降沿时，DB7-DB0的数据被写入IR和DR6E使能端。当R/W=1，E=1时数据被读入DB7-DB0;当R/W=0，E为下降沿时，DB7-DB0的数据被写入IR和DR7～14DB7～DB0数据输入/输出引脚15CS1片选信号，低电平时选择前64列16CS2片选信号，低电平时选择后64列17RST复位控制信号，低电平有效18VeeLCD驱动电压输出端19LEDALED背光电源正端20LEDKLED背光电源负端表212864点阵图形液晶显示模块是由128*64个液晶显示点组成的一个128列*64行的阵列，每个显示点对应一位二进制数，1表示亮，0表示灭。存储这些点阵信息的RAM称为显示数据存储器。要显示*个图形或汉字，就是将相应的点阵信息写入到相应的存储单元中。图形或汉字的点阵信息由自己设计，问题的关键是显示点在液晶屏上的位置〔行和列〕与其在存储器中的地址关系。由于多数液晶显示模块的驱动电路是由一片行驱动器和两片列驱动器构成的，所以12864液晶屏实际上是有左右两块独立的64*64液晶屏拼接而成，每块屏有一个512*8bit显示数据RAM。左右半屏驱动电路及存储器分别有片选信号CS1和CS2选择。四、系统软件设计4.1程序机构说明我们的程序机构主要包括：主控程序模块、键盘扫描及处理子程序、12864液晶显示程序、阻值信号采样数据处理子程序、A/D中断控制子程序、定时器子程序、档位控制子程序、中断子程序等几个局部组成。构造框图如图4.1。图10主程序机构框图4.2程序流程图图11程序流程图五、测试及结果分析5.1测试原理在系统设计中，AT89S52单片机为核心的简易自动电阻测试仪，将电阻对应的电压实现各个参数的测量。将模拟电压信号送入AD采样，通过AD把模拟信号转换为数字信号，再把数字信号送入AT89S52单片机处理。使用C语言编写了系统应用软件，包括主控制模块、显示模块、电阻测试模块和电机驱动模块。5.2测试方法在测试时将被测参数通过本系统测量出来的示值与参数的标称值进展比照，得到本系统的测量精度。5.3测试仪器示波器，万用表。5.4测试结果通过按键操作，实现测量类型和量程的选择。电阻测试数据如表3所示。表3电阻测试数据标称值(Ω)系统测量〔Ω〕相对误差(%)20.020.010.05200.0199.770.16000.05993.750.10450000.049926.630.147301000.0297839.501.055.5测试分析根据以上的测试结果说明，本系统完成了文章开场所提出设计内容和功能。本测量仪的测量*围较宽,并且到达了很好的精度,相对误差小于1%。在实际测量中，由于测试环境，测试仪器，测试方法等都对测试值有一定的影响，都会导致测量结果或多或少地偏离被测量的真值。为了减小本设计中误差的大小，主要利用修正的方法来减小本测试仪的测量误差。所谓修正的方法就是在测量前或测量过程中，求取*类系统误差的修正值。在测量的数据处理过程中选取适宜的修正值很关键，修正值的获得有三种途径。第一种途径是从相关资料中查取；第二种途径是通过理论推导求取；第三种途径是通过实验求取。本测试修正值选取主要通过实验求取，对影响测量读数的各种影响因素，如温度、湿度、电源电压等变化引起的系统误差。通过对一样被测参数的屡次测量结果和不同被测参数的屡次测量选取平均值，最后确定被测参数公式的常数K值，从而到达减小本设计系统误差的目的。测试不同阻值的电阻分别与用数字万用表测得电阻进展比较，测试电阻表的准确度。测量结果数据如表5.2。表4测量结果数据测量阻值/Ω5009001108.0K9.9K实际阻值/Ω48685010060009000误差%2.85.50.92.50.95.6测试结论根据上述测试数据，对电路的检测与调试过程，可以得出以下结论：1、通过亲自焊接电路，首先认识了根本元器件和一些常用的芯片，在焊接过程中遇到了各种问题，通过思考解决了问题，锻炼了自己独立思考问题，解决问题的能力。2、在电路检查与测试过程中要一定要仔细，认真。在通电前，断开一条电源线，用万用表检查电源端对地是否存在短路情况。3、通过测试数据，深刻认识到了我们在本次设计中的一些问提，但我们有信心，通过屡次的试验与思考，最终我们得到了理想数据。六、附录参考资料[1]杜伟略，*雨棣，"单片机接口技术"**电子科技大学[2]邓木生，周红兵，"模拟电子电路分析与应用"[