单片机和AD574的高精度电阻测试仪

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1、电 子 测 试 电子科技 ELECTRONIC TEST 电子行业发展迅速，作为最基本的电路元件之一的电阻，在 电子系统中的需求量不断加大。在电子仪表中，需要精密的电阻 来提高仪表的精度，对于一般的电子仪表的公司而言，需要既快 捷又能保证精度的电阻测试仪，在电子电路的设计中，往往需要 便捷的测出电阻值的阻值，因此，设计一种不仅安全性和可靠性 高，并且简易实用的高精度电阻测量仪具有很大的现实意义。利 用单片机作为控制核心的智能仪器仪表应用广泛，其具有可靠性 高、功耗低、体积小等长处，使得测量仪表更加数字化、智能化和 微型化。 1 系统设计 本系统由单片机STC89C54R

2、D 控制，将被测电阻通过测量电 路，将电阻的变化转变为电压和电流的变化送给模数转换器进行 A/D 转换，并将得到的数字信号送给单片机，通过软件设计可以 实现电阻阻值的判断测量，最后通过显示电路将被测电阻显示出 来，同步通过软件设计可以实现自动筛选的功能，系统框图如图 1 所示。 图1 系统构成框图 2 硬件设计 2.1 恒流源测电压法 采用OP07 构成的双运放恒流源电路，运用流过被测电阻Rx 的电流恒定，则通过测量Rx 两端的电压值来算出Rx 的电阻值， 在测量小电阻（100-100kΩ）时可以有很高的精度。 2.2 恒压源测电流法 采用恒流源测电压的措施测大电阻（

3、100k-10MΩ）时流过电 阻的电流很小，输出电压较小，A/D 难以对其采样转换，同步存 在较大的误差，因此这种加压测电流的措施在测大电阻时是行不 通的。因此采用恒压源测电流的措施，其设计电路图如图2 所示。 基于STC89C54RD 单片机和AD574 的 高精度电阻测试仪的设计 刘艳云，付华良 （常州纺织服装职业技术学院机电工程系，江苏常州 213164） 摘要：本文给出了一种以STC89C54RD 为控制核心的高精度自动电阻测试仪的设计，系统量程为10Ω 到10MΩ，具有自动切换 量程和自动筛选的功能。采用恒流测压以及恒压测流相结合的措施，同步采用高精度运放OP07

4、及精密电阻保证测试电路测量 的精度。为了避免高阻测试时的工频干扰，采用12 位的高速AD574 进行模数转换，既保证测量速度又达到了数字滤波的效果。 此外，本文还论述了整个系统的误差来源以及减少误差、提高精度的措施。 核心词：电阻测试；AD574 ；高精度；误差分析 中图分类号：TP368.1 文献标记码：A The design of high-precision resistance tester based STC89C54RD microcontroller and AD574 Liu Yanyun，Fu Hualiang （Chang Zhou Texitle and

5、 Garment Institute，Department of Mechanical and Electrical Engineering， JiangSu Chang Zhou 213164） Abstract ：This paper presents the design of STC89C54RD as the control core high-precision resistance tester，the system range from 10Ω to 10MΩ，with autoranging and AutoFilter function.Using a combina

6、tion of methods the constant current manometry as well as the constant pressure flow measurement，while using high-precision operational amplifier OP07 and precision resistors to ensure the accuracy of the test circuit measurements.In order to avoid the high impedance test frequency interference，1

7、2-bit high-speed the AD574 analog-to-digital conversion，both to ensure measurement speed and reach of digital filtering effect.Additionally，this article describes the sources of error of the entire system and reduce errors， improve the accuracy of the approach. Keywords ：resistance test ；AD574 ；

8、high precision ；Error Analysis 被测电阻测量电路A/D转换单片机显示电路 ·46· 电 子 测 试 图2 恒压源测电流电路 2.3 12 位A/D 转换接口电路 整个系统的测量精度的提高以及测量速度的提高，还取决于 模数转换电路，模数转换芯片AD574 是一种典型的12 位高速逐 次比较型A/D，内置双极性转换电路构成的混合集成芯片，具外 接元件少，功耗低，精度高，具有自动校零和自动极性转换功能， 只需外接少量的阻容元件即可构成一种完整的A/D 转换电路。 AD574 的非线性误差不不小于1/2LSB，最大转换时间为35us，适合于 转换速

9、率不不小于30kB/s 的应用领域。AD574 的输入控制信号有 CE，CS，R/C，A0，及12/8，控制信号与其相应的工作状态如表1 所示，其与单片机的接口电路如图3 所示。 表1 AD574状态位控制 CE CS R/C 12/8 A0 工作状态 0 X X X X 严禁 X 1 X X X 严禁 1 0 0 X 0 按12 位启动转换 1 0 0 X 1 按8 位启动转换 1 0 1 接5v X 12 位并行输出有效 1 0 1 接0v 0 高8 位并行输出有效 1 0 1 接0v 1 低4 位并行输出有效 图3 AD574与单片机的接口电路图 3 软件设计

10、 本电路中STC89C54RD 单片机控制继电器的通断，实现测 量电阻电路的档位切换。被测电阻所测的电压送到A/D 转换器 AD574（数据通过转换，电压和电阻的值相等）A/D 转换后的数据 送到单片机中进行解决，最后进行显示，其流程图如图4 所示。自 动筛选程序一方面判断单片机与否有键按下，当有键按下时，进入 筛选，否则进入测量电路，采集A/D 模块输出的数值量，进行处 理，并将解决数值显示。 4 误差分析 4.1 系统误差产生的因素 （1）集成运放的非抱负产生误差； （2）A/D 转换电路产生的误差； （3）电场的干扰等。 4.2 减少误差提高精度的重要措施 （1

11、）设立四档量程，但在同一量程中，去AD 的电压范畴也在 满幅度到1/10 满幅度之间，采用12 位AD 转换时，在1/10 满幅 度（1V）如下时，精度不够，现采用AD 过采样的措施提高精度，每 次测试时，进行多次AD 转换（200 次）后取平均值； （2）高阻测试时，工频干扰将影响测量，采用在一种工频正弦 周期里进行多次（200 次）AD 转换，可以使数字滤波的效果最佳； （3）低阻测试时，导线电阻及继电器和探头的接触电阻不可 忽视，在测试时采用“四线制”，消去了相应的误差； （4）工艺规定，为了保证电阻测试仪的高精度，在工艺上的要 求也至关重要，一方面电源必须通过去耦滤波

12、，地线尽量保证足够 的线粗，并尽量短；另一方面运放的电阻选择必须要注意“配对”， 即需要从大量的电阻中进行筛选；再次，量程电阻要采用千分之 一以上的精密电阻，最后运放须选择高精度运放OP07。 5 结论 通过STC89C54RD 单片机对继电器的通断的控制进行对测 量电阻的量程切换，小电阻采用双高精密运放OP07 构成恒流源 测量电压，大电阻的测量是通过恒压源测量电流来实现，将测到 的电压或电流送入到12 位串行AD574 电路，实现模拟量的采集， 通过STC89C54RD 单片机以及键盘显示电路实现了整个电路的控 制。整个电路的硬件构造简洁，输出的电压稳定。但整个系统偏重

13、 于软件设计，A/D 转换对不同量程的电阻输出电压的转换算法 不同，A/D 转换的算法误差，是系统测试误差的重要来源。要不 断调节A/D 转换的算法，从而不断提高测试精度。 参照文献 [1]　刘筠筠，张军，赵明冬. 基于STC89C52 单片机的自动电阻 测量仪[J]. 电子世界，，（3）：31-33. [2]　罗乐，笪贤进，李可为. 基于STC12C5A60S2 单片机的简易 电阻测试仪设计[J]. 现代科学仪器，，（3）：30-33. [3]　龚成莹，何辉，兰聪花，陶冶. 基于STC12C5A08AD 单片机的 自动电阻测试仪的设计[J]. 自动化与仪器仪表，， （2）：89-90.