简易电阻测试仪

莫苏芮

(中共忠县县委党校，重庆 404300)

在当代随着社会的发展，科技的进步。就在电子行业发展的今天，我们知道在很多的电器设备上都有电阻元件，我们需要测量电阻的参数在测试在电子设计中又是非常重要的，目前我们测试电阻的参数基本上都采用万用表直接测试元件的两端以测得元件参数。但在实际的元件上电阻等元件已经焊接在电路板上，而像电阻一般不是一个独立的元件，而是和其他的元件或并、或串联在一起，直接测试两端的话将会造成极大的误差。这就需要我们想办法来形成一个测量仪来测量一个与它有关系的值来转换测量，因此就需要发展我们的电阻测试仪。

1 系统设计方案

首先将电阻对应的电压实现各个参数的测量，接着将模拟电压信号送入A/D采样，通过A/D把模拟信号转换为数字信号，再把数字信号送入单片机处理，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。该测试仪使用C语言编写了系统应用软件，包括主控制模块、A/D转换模块、显示模块、电阻测试模块的相应程序。

2 单元模块电路设计

2.1 电阻测量部分

2.1.1 方案选择

方案：分压法具有较高的可操作性，串联分压测量电阻即通过测量电压来实现

2.1.2 方案设计

分压即电阻串联分压，在电路中被测电阻滑动变阻器Rv1和一个高精度的已知基准电阻R1串联，并在两个电阻的两端加一个已知的恒定电压U。设测量部分电阻为Rx、对地电压为Ux,R1两端的电压为U1，根据欧姆定律:

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

化简可得 Rx=(R1*Ux+Rv1*Ux)/U

由于R1，Rv1已知，Ux由电路自动测量得到，经过单片机计算可得出被测电阻的阻值。

2.1.3 方案说明

我们要实现的是一个简易的电阻测量仪需要实现的就是把电阻值给测量出来，因此我们就可以直接用串联分压测量电阻值的大小，通过测量电阻两端的电压来实现电阻的测量，测量电阻Rx范围在0-1K即Rv1值为1K，电压与电阻之间有固定的转换关系单片机可计算出来。

(1)图2所示R1为已知电阻，Rx为被测电阻，Ux为被测电阻电压值，总的电压值U为提供的5V电压源。

(2)本设计在选择被测电阻时运用一个滑动变阻器来表示被测电阻。滑动在变阻器不同位置代表不同的电阻值获得多个不同的结果满足设计的测量要求。

(3)滑动变阻器的阻值范围是0-1K,可以改变变阻器的位置确定不同的大小，但他们的电压电阻数字关系保持不变，就可以获得我们所需要的结果，这个值是确定的，则最后的测量结果误差也小。

(4)综上我们发现设计时刻根据关系法来确定电阻电压关系，在设计中我们知道是通过电路中整个电路的电压在确定的情况下设计转换电阻与电压的关系，则需用到稳定电压作为设计的前提。

2.1.4 分压电路

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。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，因为三端固定集成稳压电路的使用方便，因此电子制作中经常采用常用的三端集成稳压。

本设计电路中，芯片7805构成恒压源，由7805提供5V电压，构成总电压为5V的串联分压电路，7805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，简化了电路设计。电路由交流电源、变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路、负载几部分组成。

2.2 A/D转换

单片机能够读取的是数字信号，对于这部分就要实现电压的A/D转换，我们就需要将被测电阻的两端模拟电压转换为数字电压。由于TLC1543与单片机连接简单，与单片机的接口采用串行接口方式连接引线很少，并且它的精度是10位有一定的准确性因此在A/D转换部分我们选择该芯片作为模数转换器件。

TLC1543是CMOS、10位开关电容逐次逼近模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选(CS)、输入/输出时钟(I/0 CLOCK)、地址输入(ADDRESS)和数据输出(DATAOUT)。这样通过一个直接的四线接口与主处理器或其外围的串行口通讯。片内含有l4通道多路选择器可以选择l1个输入中的任何一个或3个内部自测试(self—test)电压中的一个。在转换结束时，“转换结束”信号(EOC)输出端变高以指示转换的完成。系统时钟由片内产生并由I/O CLOCK同步。片内转换器设计使器件有高速(10μS转换时间)、高精度(10位分辨率、最大±1LSB线性误差)和低噪声特点。

2.3 主控模块

主控模块作为整个系统的控制核心部分，单片机AT89C51。AT89C51单片机是一种可编程的集成度高、抗干扰能力强的一种CMOS8位低功耗集成芯片。

在本系统中单片机是整个操作系统的中枢，整个系统是通过单片机来控制其它各部分的电路，由电路测量所得的数据需要通过单片机软件处理进行转换后将其送到液晶显示器显示。AT89C51其内部结构包括8位的中央处理单元CPU含布尔处理器，其片内具有256字节RAM和4KB的ROM存储单元，4个8位的既可做输入也可做输出并行 I / O即P0—P3，2个16位的定时/计数器，1个全双工异步串行口，一套完善的中断系统具有五个中断源、两个优先级，可编程进行控制。由于AT89C51是中间转换的作用，当采集的数据是模拟电压值信号要通过A/D转换为单片机识别的数字电压信号后就需要经过单片机的软件处理将其电压值转换为电阻值。

2.4 显示模块

实验的结果是测试出电阻的阻值，因此测出的阻值就需要将其电阻值在液晶上显示出来。LCD1602是用来显示字符，对于本处需要显示的是电阻值表示如0.001k、0.999k的数字和字符，因此对此选择运用LCD1602对单片机AT89C51处理后的数据进行稳定显示。

我们用的液晶显示器是字符型液晶模块，它是一种用5x7点阵图形来显示字符，通常根据显示的容量将液晶显示器可以分为1行16个字、2行16个字、2行20个字等等，而对本系统显示模块采用的就是2行16个字的1602液晶模块[7]。LCD1602一共含有14个引脚，特别注意的是第4、5、6、7脚.第4脚：RS为寄存器选择，它是数据/命令选择端，当RS=1时选择数据寄存器、RS=0时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读/写选择端，当R/W=1时进行读操作，R/W=0时进行写操作。当RS和R/W共同为0时可以写入指令或者显示地址，当RS为0、R/W为1时可以读忙信号，当RS为1、R/W为0时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由1跳变成0时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。通常我们在使用LCD1602模块时要进行初始化，初始化内容为：清屏，功能设置，显示与不显示设置，输入模式设置。

2.5 扩展模块

虽然在单片机芯片内部集成了计算机的基本功能部件，但由于一些应用系统，还需要扩展一些外围芯片，以增加单片机的硬件资源。总线信号通过8155I/O扩展电路再连接到液晶数据口将其显示出来。8155芯片是单片机应用系统中广泛使用的芯片，8155的内部逻辑结构由三部分组成：存储单元为256字节的静态RAM；3个可编程的I/O，其中A口和B口为8位口，另外的一个口C口为6位口；另外还有1个14位的定时器/计数器。

因为8155的许多信号与51单片机兼容，因此8155与MCS-51单片机的连接比较简单两者可以直接相连。AD[0..7]为数据地址复用线与单片机的P0口能够直接相连不需加地址锁存器，因为8155内部已有锁存器，因此连接时不需要再加锁存器。除此8155的ALE、RESET、RD、WR与51单片机的ALE、RST、RD、WR都是可以直接连接。综上所以选择8155芯片来作为扩展模块扩展I/O口。本设计中将AD[0..7]数据总线直接与C51的P0口连接，PA口的数据输出与液晶显示屏LCD相连。单片机通过片选线选通8155芯片，然后将要传输的数据通过AD[0..7]送入8155芯片，8155芯片对输入的地址进行译码并通过PA口输出。

3 程序设计

电阻测量部分采集电压信号经A/D转换后由单片机处理数据再通过液晶显示模块显示电阻值。除主程序外包括A/D转换、LCD显示、延时子程序。

4 实验结果

如下表所示，Ux为所测电压值，Rx为所测电阻值，R为实际电阻值。在本设计测量系统中通过测量电阻两端的电压值Ux，然后通过电压值与电阻值之间的定量关系进行两者转化而得到我们所需的电阻值。未知测量电阻是采用滑动变阻器，在知道整个电阻值的情况下滑动在不同位置占不同的百分比就接入不同的电阻测量值，我们就可以通过这个知道我们所实际接入的电阻值因此滑动位置也就得到每一个理论值R。

表1 实验结果

从上表结果中，我们可以观察到电阻测量值与理论值相比误差范围很小，因为整个设计是在稳压的前提下实现因此测量结果是一系列与理论值接近的电阻值。方案简单且没有造成电阻损失，唯有7805稳压电路提供稳压电源信号不精确造成电阻分压法分得电压值不准确有误差，其次电阻串联部分滑动变阻器时不够稳定造成误差。除此之外，系统的结构设计、元器件选择等会造成测量的误差，为提高电阻测试仪的的精度，减小实际测量值与真实值之间的误差，本测试仪采用了软件补偿硬件的方法，在实际值与测量值之间寻找规律，建立函数，使所有的固有误差得到最有效的补偿，同时实现了自动校零的功能。

5 实验总结

本系统通过分压电阻测试法将测量电阻的电压测试出来，通过TLC1543实现A/D转换将所得的模拟电压转化为数字电压，再通过AT89C51单片机处理数据将电压又转化为对应的电阻，最后将其所得电阻值用LCD1602显示出来。

根据以上的测试结果表明，系统按照要求完成了电阻的测试，很好的满足了系统设计中所提出设计内容和功能。高精确度是我在设计整个电路时的基本原则，经作品最终测试后从实验结果图中可观察到这种方法测量范围较宽,误差值比较小、相对误差小于1%。这也最终说明了方法的可行性，因此串联分压法适合于简易电阻的测量。