基于PIC16C57单片机的智能低电阻测量仪
摘 要 介绍一种以PIC16C57单片机为核心的低电阻测量仪，与普通的低电阻测量仪不同的是：该测 量仪的测试电流仅为05 mA并加有多种保护电路，具有很高的安全性能。主要应用于军工 、国防、民用爆破等行业的电火工品的直流低电阻的测量。
关键词 PIC单片机低电阻火工品
低电阻测量仪按其测试电流的大小可分为两类：一类测试电流较大，主要用于接插件、开关、导体等产品的直流低电阻的测量；另一类测试电流很小（一般为1 mA左右），用于电雷管、点火具或其他危险易爆场合的接插件、开关等元器件的直流低电阻的测量。低电阻测量仪对安全性能要求很高，必须增加多种保护电路；在PCB板设计布线时也要考虑安全性和可靠性。1989年至今，我们不断改进和完善电路设计，设计生产了4个型号的低电阻测量仪，以下是最新的DZC-4型智能低电阻测量仪。
1 总体方案和技术指标
如图１所示，该仪器由5个部分组成：电源供应、精密恒流源、精密电压放大器、A/D 转换器、单片机控制器。
其主要技术指标如下：
测试范围：0～20Ω0～200Ω0～2 k(三挡量程自动切换)；
最高分辨力：0.001 ；
测试电流：0.5 mA；
测试精度：±（0.2%+2）；
整机耗电：<30 mA 。
2 硬件设计
(1)电源部分
整机采用6节5号镍氢电池供电（7.2 V）及通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的±5 V直流电压。该部分还有电池电压监测电路和充电电路，电池充满电 可以供仪器连续使用约50小时。
(2)恒流源
由精密基准电压源和高性能运放组成，向被测电阻提供精确的测试电流。测试电流选为0.5mA。
由于精密电流源部分是整个仪器安全性能的薄弱环节，必须考虑各种内部和外部的可能因 素对仪器造成的损坏，从而影响安全性能。主要采取了以下措施：
限制电流利用结型场效应管的恒流特性限制测试电流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。为增加可靠性，采用两只场效应管串联 。
限制电压采用稳压二极管并联于测试端限压。
(3)精密放大器
由斩波稳零运放做测试信号的同相放大，因为A/D转换器的满量程电压为2 V，测试电流0.5mA，对应20，200，2K 三个量 程的同相放大倍数为200，20，2。在负反馈回路接入两个由单片机控制的模拟电子开关SW1 、SW2，用于3个量程不同放大倍数 的切换：当量程为20 偈保琒W1，SW2均关闭；为200 偈盨W1开启；2k 偈盨W1，SW2均开启。仪器校验时应从低量程开始，否则不能校准所有的量程。另外，Ri，R1，R2， R3应选用精密电 阻和精密电位器，使温度的影响降至最低。
(4)A/D转换器
如图2所示，采用4 1/2位的ICL7135芯片，接成满量程为2 V的电压表 的模式。ICL7135用5位BCD码的形式向单片机提供数据，并提供过量程（OV）和欠量程（UN）信号给单片机用于量程自动切换。ICL7135的时钟频率来自T5（CD4060）的Q5端，频率为1.25 kHz，正好是工频50Hz的整数倍，能提高仪器抗工频干扰的能力。A/D转换频率约为：3.3次/s。T5的COUT端还提供4MHz的时钟频率给单片机。
(5)单片机控制器
此部分的功能有：数据采集、处理、显示、量程切换、电压监控等。本机显示模块有两片74LS164分别用于LED数码管的位驱动和段驱动，共有5位数码显示， 如图2所示。
单片机T2的25脚用于关闭显示模块的显示，以免数码管在数据传输过程中显示乱码。T2的 24脚是电池欠压检测输入，T2的23、22脚控制精密放大器的模拟电子开关，产生需要的放大倍数。
3 软件设计
本仪器最大特点是用软件实现自动调零和量程转换，省去故障率较高的电位器和量程切换 开关。软件调零的方法是：开机后单片机进行自检，如果系统工作正常就读取A/D转换的结果。当连续读取5个A/D转换结果后，判断它们是否都小于0.2Ω,否则，就认为操作者没有 将测试棒可靠短路，仪器继续显示调零提示符。如果连续5个值都小于0.2Ω,这时就找出其中最小值作为初始值，以后每次的测量结果都要减去初始值。
低电阻测量仪按其测试电流的大小可分为两类：一类测试电流较大，主要用于接插件、开关、导体等产品的直流低电阻的测量；另一类测试电流很小（一般为1 mA左右），用于电雷管、点火具或其他危险易爆场合的接插件、开关等元器件的直流低电阻的测量。低电阻测量仪对安全性能要求很高，必须增加多种保护电路；在PCB板设计布线时也要考虑安全性和可靠性。1989年至今，我们不断改进和完善电路设计，设计生产了4个型号的低电阻测量仪，以下是最新的DZC-4型智能低电阻测量仪。
1 总体方案和技术指标
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如图１所示，该仪器由5个部分组成：电源供应、精密恒流源、精密电压放大器、A/D 转换器、单片机控制器。
其主要技术指标如下：
测试范围：0～20Ω0～200Ω0～2 k(三挡量程自动切换)；
最高分辨力：0.001 ；
测试电流：0.5 mA；
测试精度：±（0.2%+2）；
整机耗电：<30 mA 。
2 硬件设计
(1)电源部分
整机采用6节5号镍氢电池供电（7.2 V）及通用DC/DC变换器，将电池电压转换成稳定的±5 V直流电压。该部分还有电池电压监测电路和充电电路，电池充满电 可以供仪器连续使用约50小时。
(2)恒流源
由精密基准电压源和高性能运放组成，向被测电阻提供精确的测试电流。测试电流选为0.5mA。
由于精密电流源部分是整个仪器安全性能的薄弱环节，必须考虑各种内部和外部的可能因 素对仪器造成的损坏，从而影响安全性能。主要采取了以下措施：
限制电流利用结型场效应管的恒流特性限制测试电流ITEST大小，一般取IDSS≈2*ITEST。为增加可靠性，采用两只场效应管串联 。
限制电压采用稳压二极管并联于测试端限压。
(3)精密放大器
由斩波稳零运放做测试信号的同相放大，因为A/D转换器的满量程电压为2 V，测试电流0.5mA，对应20，200，2K 三个量 程的同相放大倍数为200，20，2。在负反馈回路接入两个由单片机控制的模拟电子开关SW1 、SW2，用于3个量程不同放大倍数 的切换：当量程为20 偈保琒W1，SW2均关闭；为200 偈盨W1开启；2k 偈盨W1，SW2均开启。仪器校验时应从低量程开始，否则不能校准所有的量程。另外，Ri，R1，R2， R3应选用精密电 阻和精密电位器，使温度的影响降至最低。
(4)A/D转换器
如图2所示，采用4 1/2位的ICL7135芯片，接成满量程为2 V的电压表 的模式。ICL7135用5位BCD码的形式向单片机提供数据，并提供过量程（OV）和欠量程（UN）信号给单片机用于量程自动切换。ICL7135的时钟频率来自T5（CD4060）的Q5端，频率为1.25 kHz，正好是工频50Hz的整数倍，能提高仪器抗工频干扰的能力。A/D转换频率约为：3.3次/s。T5的COUT端还提供4MHz的时钟频率给单片机。
(5)单片机控制器
此部分的功能有：数据采集、处理、显示、量程切换、电压监控等。本机显示模块有两片74LS164分别用于LED数码管的位驱动和段驱动，共有5位数码显示， 如图2所示。
单片机T2的25脚用于关闭显示模块的显示，以免数码管在数据传输过程中显示乱码。T2的 24脚是电池欠压检测输入，T2的23、22脚控制精密放大器的模拟电子开关，产生需要的放大倍数。
3 软件设计
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本仪器最大特点是用软件实现自动调零和量程转换，省去故障率较高的电位器和量程切换 开关。软件调零的方法是：开机后单片机进行自检，如果系统工作正常就读取A/D转换的结果。当连续读取5个A/D转换结果后，判断它们是否都小于0.2Ω,否则，就认为操作者没有 将测试棒可靠短路，仪器继续显示调零提示符。如果连续5个值都小于0.2Ω,这时就找出其中最小值作为初始值，以后每次的测量结果都要减去初始值。
根据A/D转换芯片ICL7135的过量程和欠量程信号，由单片机自动进行量程切换。量程切换 要 完成3项工作：首先是切换精密放大器的放大倍率，再是调整初值的有效位数，最后是调整 小数点的位置。
PIC16C57单片机没有中断功能，采用查询的方法与A/D转换器通讯，利用A/D转换的间隙显示数据。
PIC单片机与显示模块中的74LS164采用串行数据通讯，每次只显示1位数据，为防止显示 发生闪烁，刷新率应大于30Hz 。
程序流程如图3所示。
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4 结语
仪器与被测电阻采用4线制接线法，能消除接插件电阻的影响。此外，由于仪器分辨力很 高，所以要求测试夹具进行镀银处理，这一点很重要，否则会造成测试结果漂移不定。
仪器与被测电阻采用4线制接线法，能消除接插件电阻的影响。此外，由于仪器分辨力很 高，所以要求测试夹具进行镀银处理，这一点很重要，否则会造成测试结果漂移不定。
仪器批量生产的测试结果表明：仪器的技术指标达到设计要求，能够满足生产、科研的需 要。如果仪器稍加改进，可以当作高灵敏的直流电压表和电流表使用。
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