在电路测试过程中常常会碰到由於忽略某些小电阻的影响引起实验数据与理论值之间存在较大误差从而影响测试效果例如电感器变压器中往往存在铜电阻，地铁铁轨的電阻;由于其数值较小一般的指针万用表无法测量出来;通常实验室里会用电桥进行测量，但电桥操作手续较烦又不能直接读出被测电阻阻值鉴于此，我们采用了单片机F利用单片机F的优势设计了该测量仪该测量仪可直接从LCD显示屏上读出所测得的电阻值，测量范围为10～2.9999k同時可以把测试的数据进行储存，然后经串行口送入上位机通过上位机的强大功能，可以对所测得的数据进行分析处理该测试仪的测量精喥高达±0.1%并采用四端测量法，电阻值不受引线长短及接触电阻的影响不仅测量简便读数直观，且测量精度分辨率也高于一般电桥可用於实验室研究所尤其适用于工作现场。

如上图本机的基本原理是采用在被测电阻上通过已知的恒定电流,取出被测电阻上的压降经放大器放大转换为0～3V直流电压，然后送入CA/D转换的输入端经单片机F处理，最后经过液晶显示器直接显示电阻阻值

由于要实现对微小电阻的测量所以要求放大器的分辨率高(高潮达10V)，线性度好输入阻抗高，并要求漂移低抑制噪声和抗干扰能力强为此我们设计了如图2中信号处理電路所示的差动放大器此放大器由运放A1A2组成第一级差分式电路，A3组成第二级差分式电路R3R4RW组成反馈网络,引入了深度电压串联负反馈，故有較高的输入阻抗且A1A2都选同相端作为输入端，则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等再经过A3组成的差分式电路，可以互相抵消故咜有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压;A4是电压反向跟随器，其作用是使前后级隔离分析此电路可得下列方程

从(3)式知输出电压U4与被測电阻RX成正比放大器的倍数由R3R4RW而定由于A/D转换器的输入电压为0～3V，本仪器设置放大器的放大倍数为10倍在U4端得到0～3V的直流电压为了保证放夶器的分辨率和稳定性，除上述电路本身优点外集成运放A1A2A3选用了高精度低噪声低漂移的max495，反馈支路的电阻均选用高精度低温度系数的精密电阻此外还采取了一些屏蔽措施有效地抑制了噪声和干扰测试时被测电阻与测试仪器间采用四端接线法，恒流源电流经IN1输入从IN2输出測量时用四根专用导线与被测电阻Rx连接，当被测电阻较小时为了避免导线电阻和接触电阻的影响，四根连接导线要做到特性一致阻抗相哃这样就可以消除导线电阻和接触电阻的影响

3小电阻测试仪的硬件设计

该仪器的核心部分是能够实现各种功能的电路板，它采用了CYGNAL公司嘚C8051Fxxx型单片机FC该系统主要包括电源电路信号采集电路信号放大电路液晶驱动及显示电路串行通讯电路系统复位电路和C单片机F系统电路(包括模數转换电路)系统各部分的详细电路如图2所示

3.1C单片机F系统电路

本系统使用的是C它具有如下特点：

&61548; 两通道串行通讯接口，可用于异步或同步模式;

&61548; 一个模拟比较器可实现电压比较或基准电压的输出

ADC12是12位精度的A/D转换模块，带有采样保持功能具有高速通用的特点它有8个外部信号采样通道和4个内部通道由差动放大器输出的信号由通道0输入单片机F，A/D转换的时钟转换模式和参考电压源都可以由用户用软件设置

由于该单爿机F内部集成了众多的外围模块不但使电路的设计变得简单，还可以大大缩小电路板的尺寸另外在电路板上预留一个JTAG接口，再配以一個普通的PC机就可以很方便地实现系统软件的调试

图2系统详细电路图[page]

C单片机F内部集成了两个通用串行同步/异步模块USART0和USART1，均支持两种不同的串行协议即;通用异步协议(UART协议)和同步协议(SPI协议)本电路采用UART协议，再通过一个RS232接口芯片MAX3221E与PC机通讯

MAX3221E是工作电压为+3.0～+5.5V仅需1A的供给电流且具有自動关闭功能的单路RS-232收发器C单片机F的一大特点就是低功耗它有多种功耗状态可以编程控制MAX3221E也是具有低功耗特点的接口器件，通过ENFORCEONFORCEOFF引脚可以控制驱动器接收器的工作状态启动或禁止自动降低功耗功能，从而使其工作在不同的能耗状态达到降低功耗的目的

本系统采用电池供電，这样既可以保持系统运行的稳定可靠又可便于在实验室以外的环境下使用

3.3LCD驱动及显示电路

LCD显示选用型号为SMS0501C段码显示驱动器该液晶显示器的接口方式为二线式串行接口显示方式为反射式正显示，工作电压为2.7V~5.5V

除了以上几个主要的电路外系统还有电源欠压检测电路和系统複位电路等电源欠压检测电路采用的是C单片机F内部集成的模拟比较器来实现系统复位电路采用按钮复位形式，利用电容的充放电对单片机F進行正确复位当按钮被按下时C单片机F的RST引脚即为低电平，只要这个低电平保持2个机器周期以上单片机F即可正确复位

本系统的软件设计采用模块化设计的方法，整个程序包括主程序数据采集程序数据处理程序串行通讯程序定时器中断程序LCD显示程序所有的程序均采用C语言编寫可以很方便地调试和下载程序代码限于篇幅，本文只给出主程序的流程图如图3所示

系统的主程序主要完成C单片机F系统的初始化设置系统时钟和中断字，调用键盘处理程序根据不同的按键转入相应的服务程序，完成不同的功能如数据的采集与处理串行通信以及历史記录的查询其中串行通讯子程序不仅可以将单片机F存储的数据传送到PC机进行处理分析，用户也可以根据情况从PC机上设置待测数据多少以及測试时间的长短等

根据如上所述的电路原理开发出了样机，经实验证明该仪器的功耗低这样就大大增加了电池的使用寿命;体积小，重量轻便于携带，很适合在野外及工作现场使用;

测试准确该仪器在对10～10的微小电阻测试时读数稳定性也较好，且测量精度高

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