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NI-LabVIEW 2025
基于PIC16C57單片機的智能低電阻測量儀
摘要: 介紹一種以PIC16C57單片機為核心的低電阻測量儀,與普通的低電阻測量儀不同的是:該測量儀的測試電流僅為0.5mA并加有多種保護電路,具有很高的安全性能。主要應用于軍工、國防、民用爆破等行業的電火工品的直流低電阻的測量。
關鍵詞: PIC 低電阻 測量儀
Abstract:
Key words :

  低電阻測量儀按其測試電流的大小可分為兩類:一類測試電流較大,主要用于接插件、開關、導體等產品的直流低電阻的測量;另一類測試電流很小(一般為1 mA左右),用于電雷管、點火具或其他危險易爆場合的接插件、開關等元器件的直流低電阻的測量。低電阻測量儀對安全性能要求很高,必須增加多種保護電路;在PCB板設計布線時也要考慮安全性和可靠性。1989年至今,我們不斷改進和完善電路設計,設計生產了4個型號的低電阻測量儀,以下是最新的DZC-4型智能低電阻測量儀。

  1  總體方案和技術指標

  如圖1所示,該儀器由5個部分組成:電源供應、精密恒流源、精密電壓放大器、A/D 轉換器、單片機控制器。

  其主要技術指標如下:

  • 測試范圍:0~20Ω0~200Ω0~2 k(三擋量程自動切換);
  • 最高分辨力:0.001  ;
  • 測試電流:0.5  mA;
  • 測試精度:±(0.2%+2);
  • 整機耗電:<30  mA 。

儀器組成原理圖

  2  硬件設計

  (1)電源部分

  整機采用6節5號鎳氫電池供電(7.2 V)及通用DC/

 

DC變換器,將電池電壓轉換成穩定的±5 V直流電壓。該部分還有電池電壓監測電路和充電電路,電池充滿電 可以供儀器連續使用約50小時。

 

  (2)恒流源

  由精密基準電壓源和高性能運放組成,向被測電阻提供精確的測試電流。測試電流選為0.5mA。

  由于精密電流源部分是整個儀器安全性能的薄弱環節,必須考慮各種內部和外部的可能因 素對儀器造成的損壞,從而影響安全性能。主要采取了以下措施:

  限制電流利用結型場效應管的恒流特性限制測試電流ITEST大小,一般取IDSS≈2*ITEST。為增加可靠性,采用兩只場效應管串聯 。

  限制電壓采用穩壓二極管并聯于測試端限壓。

  (3)精密放大器

  由斬波穩零運放做測試信號的同相放大,因為A/D轉換器的滿量程電壓為2 V,測試電流0.5mA,對應20,200,2K 三個量 程的同相放大倍數為200,20,2。在負反饋回路接入兩個由單片機控制的模擬電子開關SW1 、SW2,用于3個量程不同放大倍數 的切換:當量程為20 偈保琒W1,SW2均關閉;為200 偈盨W1開啟;2k 偈盨W1,SW2均開啟。儀器校驗時應從低量程開始,否則不能校準所有的量程。另外,Ri,R1,R2, R3應選用精密電 阻和精密電位器,使溫度的影響降至最低。

  (4)A/D轉換器

  如圖2所示,采用4 1/2位的ICL7135芯片,接成滿量程為2 V的電壓表 的模式。ICL7135用5位BCD碼的形式向單片機提供數據,并提供過量程(OV)和欠量程(UN)信號給單片機用于量程自動切換。ICL7135的時鐘頻率來自T5(CD4060)的Q5端,頻率為1.25 kHz,正好是工頻50Hz的整數倍,能提高儀器抗工頻干擾的能力。A/D轉換頻率約為:3.3次/s。T5的COUT端還提供4MHz的時鐘頻率給單片機。

  (5)單片機控制器

  此部分的功能有:數據采集、處理、顯示、量程切換、電壓監控等。本機顯示模塊有兩片74LS164分別用于LED數碼管的位驅動和段驅動,共有5位數碼顯示,如圖2所示。

電路圖

  單片機T2的25腳用于關閉顯示模塊的顯示,以免數碼管在數據傳輸過程中顯示亂碼。T2的 24腳是電池欠壓檢測輸入,T2的23、22腳控制精密放大器的模擬電子開關,產生需要的放大倍數。

  3  軟件設計

  本儀器最大特點是用軟件實現自動調零和量程轉換,省去故障率較高的電位器和量程切換 開關。軟件調零的方法是:開機后單片機進行自檢,如果系統工作正常就讀取A/D轉換的結果。當連續讀取5個A/D轉換結果后,判斷它們是否都小于0.2Ω,否則,就認為操作者沒有 將測試棒可靠短路,儀器繼續顯示調零提示符。如果連續5個值都小于0.2Ω,這時就找出其中最小值作為初始值,以后每次的測量結果都要減去初始值。

  根據A/D轉換芯片ICL7135的過量程和欠量程信號,由單片機自動進行量程切換。量程切換 要 完成3項工作:首先是切換精密放大器的放大倍率,再是調整初值的有效位數,最后是調整 小數點的位置。

  PIC16C57單片機沒有中斷功能,采用查詢的方法與A/D轉換器通訊,利用A/D轉換的間隙顯示數據。

  PIC單片機與顯示模塊中的74LS164采用串行數據通訊,每次只顯示1位數據,為防止顯示 發生閃爍,刷新率應大于30Hz 。

  程序流程如圖3所示。

程序流程

  4  結語

  儀器與被測電阻采用4線制接線法,能消除接插件電阻的影響。此外,由于儀器分辨力很 高,所以要求測試夾具進行鍍銀處理,這一點很重要,否則會造成測試結果漂移不定。

  儀器批量生產的測試結果表明:儀器的技術指標達到設計要求,能夠滿足生產、科研的需 要。如果儀器稍加改進,可以當作高靈敏的直流電壓表和電流表使用。

 
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