基于单片机设计的小电阻测试仪
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2020-08-13
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基于单片机设计的小电阻测试仪基于单片机设计的小电阻测试仪
本文介绍 基于单片机设计的小电阻测试仪，该测试仪的测量精度高达±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。可用于实验
室、研究所，尤其适用于工作现场。
1、引言
在电路测试过程中常常会碰到由于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，地铁铁轨的电阻;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，利用单片机的优势设计了该
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10μΩ～2.9999kΩ，同时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。该测试仪的测量精度高达
±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。可用于实验室、研究所，尤其适用于工作现场。
2、测试原理
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C8051F005A/D转换的输入端，经单片机处理，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10μV)，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中信号处理电路所示的差动放大器。此放大器由运放A1、A2组成第一级差分式电
路，A3组成第二级差分式电路，R3、R4、RW组成反馈网络,引入了深度电压串联负反馈，故有较高的输入阻抗，且A1、A2
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，故它有
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。
当R5= R7、R6= R8时，上述方程化简可得：
从(3)式知输出电压U4与被测电阻RX成正比。放大器的倍数由R3、R4、RW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。为了保证放大器的分辨率和稳定性，除上述电路本身优点
外，集成运放A1、A2、A3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，测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、阻抗相同，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公司的C8051Fxxx型单片机C8051F005。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C8051F005单片机系统
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