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05 mA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單片機低電阻火工品
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 。
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。
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。
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
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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 。
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。
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
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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。
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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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