基于PIC单片机的智能低电阻测量仪

引言

低电阻测凰仪按其测试电流的大小可分为两类：一类测试电流较大，主要用于接插件、开关、导体等产品的直流低电阻的测量，另-类测试电流很小(一般为1mA左右)，用于电雷管、点火具或其他危险易爆场合的接插件、开关等元器件的直流低电阻的测量。该种测量仪对安全性能要求很高，必须增加多种保护电路。在PCB吸设计布线时也要考虑安全性和可靠性。89年至今，我们不断改进完善电路设计，设计生产了四个型号的低电阻测量仪，这里介绍的是最新的DZC-4型智能旺电阻测量仪。

一、 总体方案和技术指标

仪器可分为五个部分：电源供应、精密恒流源、精密电压放大器、A／D转换器、单片机控制器。见图l主要技术指标：

1、测试范围：0~20Ω，0~200Ω，：0~2kΩ(三挡量程自动切换)；

2、最高分辨力：0．001Ω；

3、测试电流：0．5mA；

4、测试精度：±(0．2％+2)；

5、整机耗电：＜30mA。

二 硬件设计

l、电源部分 整机采用6节5号镍氢电池供电(7．2V)，采用通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的±5V直流电压。该部分还有电池电压监测电路和充电电路，电池充满电可以供仪器连续使用约50小时。

2、恒流源 由精密基准电压源和高性能运放组成，向被测电阻提供精确的测试电流。我们将测试电流选为0．5mA。

另外，精密电流源部分是整个仪器安全性能的薄弱环节。必须考虑各种内部和外部的可能因素对仪器造成的损坏，从而影响安全性能。主要措施有两个： a) 限制电流 利用结型场效应管的恒流特性限制测试电流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。为增加可靠性，采用两只场效应管串联。

b) 限制电压 采用稳压极管并联于测试端限压。

3、精密放大器 由斩波稳零运放做测试信号的同相放大，因为A/D转换器的满量程电压为2V，测试电流0．5mA，对应20，200。2k三个量程的同相放大倍数为200，20，2。在负反馈回路接入两个由单片机控制的模拟电子开关SW1、SW2，用于三个量程不同放大倍数的切换：当量程为2 0 Ω时SWl、SW2均关闭，200Ω时SWl开启，2KΩ时SWl、SW2均开启。仪器校验时应从低量程开始，否则不能校准所有的量程，另外，Ri、Rl、R2、R3应选用精密电阻和精密电位器，使温度的影响降至最低。

4、A／D转换器(见图2)采用4 1／2位的ICL7135芯片，将它接成满量程为2V的电压表的模式。ICL7135用5位BCD码的形式向单片机提供数据，并提供过量程（OV）和欠量程(UN)信号给单片机用于量程自动切换。ICL7135的时钟频率来自T5(CD4060)的Q5端，频率为125KHz，正好是工频50Hz的整数倍，能提高仪器抗工频干扰的能力。A／D转换频率约为：3．3次／秒。T5的COUT端还提供4MHz的时钟频率给单片机。

5、单片机控制器(见图2)此部分的功能有：数据采集、处理、显示、量程切换、电压监控等。本机显示模块有两片74LSl64分别用于LED数码管的位驱动和段驱动，共有5位数码显示。单片机T2的25脚用于关闭显示模块的显示，以免数码管在数据传输过程中显示乱码。T2的24脚是电池欠压检测输入，T2的23、22脚控制精密放大器的模拟电子开关，产生需要的放大倍数。

三、软件设计

本仪器最大特点是用软件实现自动调零和量程转换。省去故障军较高的电位能和量程切换开关。软件调零的方法是：开机后单片机进行自检，如果系统工作正常就读敢土／D转换的结果。当连续读取5个A／D转换结果后，判断它们是否都小于o．2 Ω，否则，就认为操作者没有将测试棒可靠短路，仪器继续显示调零提示符。如果连续5个值都小于0．2Ω，这时，就找出其中最小值作为初始值，以后每次的测量结果都要减去初始值。

根据A／D转换芯片1CL7135的过量程和欠量程信号由单片机自动进行量程切换，量程切换要完成三项工作：首先是切换精密放大器的放大倍率，再是调整初值的有效位数，最后是调整小数点的位置。 PIC16C57单片机没有中断功能，所以采用查询的方法与A／D转换器通讯，利用A／D转换的间隙显示数据。

P IC单片机与显示模块中的74LSl64采用串行数据通讯，每次只显示一位数据，为防止显示发生闪烁，刷新率应大于30Hz。

程序流程图见图3。

四、结束语

仪器与被测电阻采用四线制接线法，能消除接插件电阻的影响。另外，由于仪器分辨力很高，所以要求测试夹具进行镀银处理。这一点很重要，否则会造成测试结果漂移不定。

仪器批量生产的测试结果表明：仪器的技术指标达到设计要求，能够满足生产、科研的需要。如果仪器稍加改进，可以当作高灵敏的直流电压表和电流表使用。