基于DSP 的多通路小电阻测试系统设计

王亚京，赵凯，古雅倩，陈金香，王海涛，包鹏赞

（北京航天新立科技有限公司，北京 100143）

在对小电阻进行测试时，其阻值范围通常在零至十几欧姆之间，可以和导线电阻相比拟，因此测试中需考虑消除导线电阻的影响；此外，对电雷管、点火头、点火管等电火工品类小电阻进行测试时，由于测试火工品仪器的安全性能要求较高，测试电流需要被严格限制在一个较小值[1-2]。

采用常规的万用表测量小电阻，由于导线电阻的干扰，测试精度无法保证；采用电桥法测量小电阻，过程繁琐、易出现人为差错[3-4]。此外，上述两种测试方法测试电流不受控，因此不适用于电火工品类小电阻的测试。

文中依据四线法测量原理、采用DSP 为控制核心的软硬件系统方案、运用集成开发软件CCS6.0 工具，设计开发了一种多通路小电阻测试系统。

1 测试原理

四线法是一种精度很高的电阻测试方法，能够较好地消除接线引入电阻的影响，且测试电流较小安全性高，广泛应用于各类小电阻测试中[5-7]。

如图1 所示，Rx为被测电阻，R1、R2、R3、R4都是接线引入的电阻，只要测试电压的电路输入阻抗很高，则所测电压就是Rx上的电压，接线电阻R3和R4不会引入测试误差；由于是恒流源驱动，R1和R2不会影响电流大小，也不会引入测试误差。将标准电阻Ra和被测电阻Rx串联于回路，然后分别测量标准电阻两端电压Ua和被测电阻两端电压Ux，被测电阻计算公式如式（1）所示：

图1 四线法测量原理

2 系统设计

2.1 系统方案

为了满足精度、可靠性、易用性等方面的要求，采用TI 公司的TMS320F28335 芯片作为控制核心，设计了多通路小电阻测试系统[9-10]，测试系统用于测试多通路小电阻的导通阻值，并将测试数据显示、存储并打印，系统方案如图2 所示。

图2 系统方案

2.2 硬件方案

在多通路小电阻测试系统中，硬件电路主要包含电源转换、DSP 最小系统、恒流源、电压采集、测量通路选通、按键输入、FLASH 存储、显示等部分[11-12]。其中，恒流源电路由运算放大器搭建[13-15]，恒流值受DSP 的DAC 输出电压值调控；DSP 通过GPIO 口控制选通开关、按键和LCD 显示屏，通过UART 接口连接打印机，通过外部存储接口驱动FLASH。

2.3 恒流源电路实现方案

如图3 所示，使用运放搭建一个近似恒流源电路，电流计算公式如式（2）所示：

其中，R1、R2和R3的阻值分别为5.1 kΩ、2.2 kΩ和20 Ω，当Udac恒定时，I取值为固定值。Udac为DSP 程序控制DAC端口的输出电压，其取值范围是0～3.3 V，因此恒流值I可控，取值范围为0～49.7 mA，以适应不同阻值范围小电阻的测量。

电压Ux和Ua经采样后，通过比例计算式（1）即可计算出被测电阻Rx的阻值。

2.4 测量通路选通方案

在硬件方案中，恒流源电路、电压采样电路均只有一路，因此要实现多通路测试，必须对以上两种电路进行选通复用。

DSP 通过控制A 组选通开关将待测通路的被测电阻接入恒流源电路；通过控制B 组选通开关将待测通路的被测电压接入电压采样电路。A 组/B 组选通开关真值表如表1 所示。

表1 选通开关真值表

3 软件设计

为了完成小电阻测试系统软件设计，采用CCS6.0 软件进行DSP 程序设计开发。CCS 的全称是Code Composer Studio，它是TI 公司出品的代码开发和调试套件，该软件在Windows 操作系统下，采用图形接口界面，提供有环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具[16]。

3.1 系统主程序

测试系统上电后，软件首先执行系统初始化（时钟初始化、各功能模块初始化、中断使能操作等），然后执行主程序的while(1)循环，并进行按键状态监测。软件一级运行模式有三个：单通路测试、多通路测试以及数据查看。

用户通过“打印”、“上移”、“下移”、“确定”、“返回”五个按键进行功能选择和切换；“确定”键用于点击LCD 显示屏焦点所在处的选项，“返回”键用于返回上级界面“，上移”“、下移”键用于查看或选择数据时上、下移动选定的行，“打印”键用于打印测试数据。主程序流程图如图4 所示。

图4 主程序流程图

3.2 单通路测试

阻值测试时，选择需要测试的通道，将该通道恒流源、电压采样通路导通。切换采样通路至标准电阻Ra通道并延时，重复测试N次取平均值Ua；然后切换采样通路至待测电阻通道并延时，重复测试N次取平均值Ux，然后依据公式Rx=UxRa/Ua计算待测电阻阻值，并在LCD上显示测试结果。单通路测试流程图如图5所示。

图5 单通路测试流程图

3.3 多通路测试

多通路测试时，预先指定被测试的各通路，然后根据真值表选择测试通路，依次测试各通路阻值，并在LCD上显示当前通路测试结果；当到达最大测试路数Max时，结束测试。多通路测试流程图如图6所示。

图6 多通路测试流程图

3.4 数据存储与查看

在多通路测试结束后，软件自动将DSP 内存和LCD 显存中的测试数据按照约定的格式存储到片外FLASH 中，只保留最近显示的50 次测试结果。

在数据查看界面选择测试编号后，通过软件读取的FLASH 块号和块内偏移量计算FLASH 的操作位置，并从该位置开始，读取指定长度的数据，查询出测试信息。

3.5 打 印

将历史存储的测试信息通过UART 串口发送给打印机，打印机进行数据打印。测试数据包括测试的编号、通路名称、通路号和测试值等。打印流程图如图7 所示。

图7 打印流程图

4 系统测试

为了验证小电阻测试系统设计的正确性，对该系统进行了软件仿真测试和整机测试。其中，整机测试是在真实的系统运行环境下，检查软件对小电阻测试系统各项功能的实现情况，测试结果如表2所示。

表2 整机测试结果

测试结果表明，软件能够实现小电阻测试系统单通路测试、多通路测试、数据存储与查看、打印等功能要求。

5 结论

该系统中小电阻的测量采用四线法测量技术，有效地减少了测试线引线电阻和激励源的影响，提高了测量精度；同时采用DSP 核心的软硬件系统方案、规范的程序设计，实现了多通路小电阻的自动测试。从以上各方面发现，该测试系统测试结果精确可靠、功能设计实用性强，具有广阔的应用前景。