在线电阻测量仪制作与设计.doc

在线电阻测量仪的制作与设计 摘 要：设计了一种在单片机控制下的在线电阻测量仪器。被测电阻本身通过Rx/V转换电路，利用运放的“虚短”、“虚断”特点和电隔离技术，经过双限比较器，转换成模拟电压后通过A/D转换器转换成数字信号，再经软件编程使其变成电阻数据，通过LED动态显示。同时单片机还可以进行数据采集，自动量程转换和量程显示，具有较高的测试精度。 关键词：电阻；在线测试；量程转换；单片机 A Measurement Instrument of In-circuit Resistance Abstract: This paper presents an instrument controlled by the single-chip AT89C51.The instrume -nt can carry out the on-line measurement for resistance and capacity. It uses the principle of the v -oltage negative feedback and the method of the isolated voltage. The instrument can collect data and implement A/D conversion. It can also change the range of measurement automatically and provide high accuracy. Key Words: resistance; single-chip computer; on-line measurement; A/D conversion 引 言 在二十一世纪的今天，首先应当肯定的是PCB产业是当今最充满希望的产业，PCB也就是我们现在所熟悉的印刷电路板。从发明至今，它的历史已经走过了六十年，按现在电子电路大会的说法，PCB这六十年的历史表明“没有PCB，就没有电子线路,飞行、交通、原子能、计算机、通信、电话……这一切都无法实现受到其它串、并联支路的影响 图1-1 系统组成框图 1.1 系统硬件的总流程图 整个系统的流程为： Rx输入 Rx/V转换器、多路模拟开关 U模拟输出（U1模拟信号）A/D转换器 U1数字信号数据处理Rx数字信号显示部分Rx数值 被测电阻Rx经过Rx/V转换器转换成电压U，此电压经过双限比较器（0-5V），得出一个高低电平给单片机（P2.1），P2.1为高电平时，让单片机来控制量程转换。当转到适当的量程时，即P2.1为低电平时，此时被测电阻Rx转换成电压U1，单片机开启A/D转换，A/D转换器把IN-0口模拟信号U1转换为数字信号，通过P0数据口传输给单片机。数字电压信号经过软件编程，换算成电阻数据，再通过P1数据口和P3控制口，进行LED动态显示。 具体总电路见附录1 1.2 数据转换电路 本设计要求通过单片机显示电路中被测电阻的阻值，必须通过一个转换电路，把电阻转换为电压信号，才能把数据传输给数据采集系统。 数据转换电路分三部分：Rx/V转换器，量程转换电路，量程显示电路。 1.2.1 Rx/V转换电路 在线电阻测量仪的关键技术是Rx/V转换电路，Rx即在线电阻。无论电路多么复杂，总可以把与Rx相并联的元件等效为两只互相串联的电阻R1和R2，由此构成三角形电阻网络，如图1-2。此转换器的作用就是对R1，R2R2对Rx的影响。把输入的Rx转换成模拟的U信号，把模拟电压信号输入到A/D转化器，转换成数字信号。 图1-2 等效电阻 具体方案如下：如图1-3，R0为量程电阻，也就是我们要用的CD4051所连接的参考电阻。从图中我们看出该运放是反相输入比例运算电路，其反馈是电压并联负反馈，由于开环差模增益很高，满足深度负反馈条件，集成运放工作在线性区，因此运放有“虚短”，“虚断”的特点。由于C点接地，所以D点虚地，则R1两端呈同电位，因此UR1=0，则R1相当于断路。又根据深度电压负反馈, 其输出电阻为0 的特性, 负载电阻R2对输出电压无影响。R1和R2就不起分流作用，这样即可直接测量Rx的阻值。ＥＩsR1的电流分别为Ｉx,Ｉ1Ｉs＝Ｉx＋Ｉ1Ｕcd=Ｉ1 R1=0Ｉ1≈0Ｉs＝ＩxＩs＝Ｅ／R0 进而推导出： Ｕx=Ｉx Rx=Ｉs Rx=(E/ R0) Rx 显然，只要用数字电压表测出Rx两端的压降Ｕx,就能求出Rx值。这就是在线测量电阻的基本原理 图1-3 Rx/V转换电路 从上面电路看出，如果Rx右端不接电阻，而直接接地的话，则输出电压为0，这样就Rx/V转换就不成立了。 由式Ux=-ERx/Ro可看到，Ux与Rx成正比，若Ux