高精度自动电阻测试仪

廖静很，李 勇，林少菌

(中山职业技术学院，广东中山528404)

传统的电阻测试仪存在需要调档，精度不够的缺点。本文介绍了使用分压法，采用了高精度的16位Σ －ΔADC AD7705完成电阻电压的准确测量的自动电阻测试仪的构成。

1 总体设计

1.1 基于分压的电阻测量法

该系统使用如图1所示的分压法测电阻，采用精密电阻做为R0，RX为测量电阻，通过测量 U1，U2，由欧姆定理便可以测出此方案电路结构简单，调试方便。只要把精准电阻R0标定好，使用高精度的AD进行采样，就可以测出RX。

图1 分压式电阻测量电路

1.2 系统组成

该系统由STM32F103单片机做主控，系统通过单片机控制继电器来实现电阻档的自动转换，采用了高精度的16位Σ －ΔADC AD7705完成电阻电压的准确测量，TFT彩色液晶可以实时显示测量电阻阻值及其误差，还可以显示电位器阻值曲线。系统总体方案框图如图2所示。

图2 系统总体方案框图

2 系统各主要部分的理论分析和实际设计

2.1 STM32F32单片机最小系统模块设计

本系统中主控芯片为STM32F103，此款单片机时钟频率达到72 MHz，在72 MHz时消耗36 mA(所有外设处于工作状态)，待机时下降到2 μA，价格便宜、高性能、低功耗。本系统全部的控制、测量、显示等功能均由其来完成［3］。

2.2 电压采集模块

AD7705用Σ－Δ转换技术实现了16位无丢失代码性能，具有0.003%的非线性度，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，可编程数字滤波器等部件。非常符合本设计要求。

设计电路时，为减少数字电路对模拟电路的干扰，模拟地与数字地分开，电路设计图如图3所示。

2.3 基准电源模块

AD7705需要外部供给一个基准电压源，结合系统需要进行温度补偿，选择用AD780。AD780是一款超高精度带隙基准电压源，可以利用4.0 V～36 V的输入提供2.5 V或3.0 V输出。AD780可以用来提供最高10 mA的源电流或吸电流，并且可以在串联或分流模式下工作，无需外部器件便可提供正或负输出电压，因此适合几乎所有的高性能基准电压源应用［2］。能提供稳定的2.5 V或3.0 V输出。

2.4 自动分压式电阻测量部分

采用传统台式仪表所采用的继电器量程选择模式，利用单片机控制继电器的通断实现量程的自动切换。由于继电器在未导通时电路为断路，而在导通后基本可视为0 Ω导通，两端无压降，也就是说继电器是一个电子控制的开关，而且由于继电器是机械结构，其稳定性比较高，因此可以作为理想的自动仪表控制设备。4个继电器，4个精密电阻就可以组成自动分压式电阻测量模块，电路结构简单，调试方便。

3 软件设计

(1)“超时待机”节能设计，系统采用STM32作为主控芯片，考虑到该芯片在掉电模式下待机时电流下降到2 μA，具有非常低的功耗，对系统设计了“超时待机”节能:系统若超过预定的时间没有输入，采用软件方法让主芯片进入待机模式。

(2)滤波，AD7705内部有集成化的数字滤波，本系统在软件上实现了均值滤波。

(3)温度补偿，STM32F103内部内置有温度传感器，考虑到电阻存在温漂，电阻的阻值一般随温度的增加而增加，为确保电阻测试仪的稳定性和准确性，系统在软件上对电阻测试仪进行了温度补偿。

(4)电位器为单圈旋转式电位器，为了防止步进电机在电位器已经旋转到尽头还继续前进，不但影响测量精度，还会损坏电位器和步进电机。基于以上考虑，在软件上，当检测到电位器的阻值为50 Ω或4.6 kΩ时，单片机给信号步进电机，步进电机停止前进［1］。

(5)软件设计流程图，如图4所示。

图3 AD7705采样电路

图4 程序流程图

4 测试系统

4.1 测试方法及数据

待测电阻先用Agilent34401A六位半数字万用表进行检验和测量，然后用自动电阻测试仪进行测试。

测试结果表明:

(1)简易自动电阻测试仪的测量精度达到0.6%。

(2)简易自动电阻测试仪测量电位器的精度达到1.54%。

(3)转换速度大于10/s。

(4)电位器的测量，10 s能测量20个点。

5 误差分析

测量的误差主要来源是各数字信号与模拟信号之间的干扰，在电路设计上对模拟信号与数字信号进行了隔离。另外一个误差来源来自于电路中存在阻抗，通过反复测试，再用软件进行了矫正。

6 总结

本系统以STM32F103单片机为核心，结合AD7705电压采集、AD780基准电压源和一些简单的外围设备，进行了完整的设计。整个系统稳定可靠，测量精度高。

［1］孙肖子，邓建国，陈南，等.电子设计指南［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］张庆双.电子元器件的选用与检测［M］.北京:机械工业出版社，2006.

［3］王永虹.STM32系列ARM Cortex－M3微控制器原理与实践［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2008.