电容、电阻参数单片机测试系统

电容、电阻参数单片机测试系统

[摘要] 电阻电容在线测试实现了电阻电容测量的自动化，拓宽了测试的量程范围，提高了测量的精度。文中给出了电阻电容在线测试的硬件和软件设计。
[关键词] 单片机 电阻 电容 在线测试
我们在调试、检测和维修电路板时，往往需要测量印刷电路板上的电阻或电容数值。传统的做法是将被测试的元件从印刷电路板上焊开后再测量，以避免受板上其他元器件的影响。这种测量方法不仅麻烦，而且测试速度低，甚至可能损坏印刷电路板和元器件。这里介绍一种利用单片机控制的电阻电容在线测试技术，该技术无需从电路板上焊开元器件便可直接测量各元件的参数，既保持了印刷电路板的完好无损，又大大提高了测试的速度和精度。
1. 电阻电容在线测试系统的硬件设计
由单片机控制的电阻电容在线测试系统的原理框图如图1所示。这里运用8051单片机、2732EPROM、74LS373锁存器和8155扩展器组成控制系统，实现了电阻电容在线测试的自动化。通过自动转换量程，拓宽了测试的量程范围；通过软件抗干扰措施，进一步提高了测试的精度。整个测试系统是由电阻在线测试和电容在线测试两部分组成。


图1 电阻电容在线测试原理图
1.1电阻的在线测试
电阻在线测试的过程是：将被测电阻Rx通过Rx/Vo转换电路，将Rx转换为直流输出电压Vo，经过量程选择按键K，送入A/D转换器，将模拟电压转换为数字量，送到单片机系统。单片机根据输入的数据，选择最佳的量程，并控制量程转换开关，选择合适的基准电阻，实现量程的自动转换。在单片机控制下，进行多次采样测试，并对各次测得的Vo求平均值，然后计算电阻Rx，最后通过显示器显示被测电阻的值。电阻在线测试的原理图如图2所示。图中Rx为电路板上的待测电阻，R1和R2为两边的等效电阻，VREF为基准电压，Rr为基准电阻。可确定
Vo=-VREFRx/Rr （1）
由上式得出在基准电压VREF和基准电阻Rr一定的前提下，Vo只取决于Rx，而与R1和R2无关，即对Rx实现了电隔离。这就实现了将印刷电路板上的电阻Rx直接转换为相应的输出电压Vo。为了扩大测量范围，将图2电路进行了改进，引入了基准电阻Rr1-Rr4和相应的开关K1-K4来转换量程。单片机根据Rx选择合适的Rr，通过控制K1～K4自动转换量程。电路图如图3所示。


图2 电阻在线测试原理图


图3 扩展量程的电阻在线测试原理图
1.2 电容的在线测试
电容在线测试的原理图如图4所示。图中为Cx被测电容，Rx为电路板上与Cx并联的电阻，Z1和Z2为两边的等效阻抗，VREF为基准正弦波信号源电压有效值，Rr为基准电阻。设Cx与Rx并联的等效阻抗为Zx，则有

电容在线测试过程是：通过Cx/Vo转换电路，在正弦信号发生器的作用下，将Cx的数值转换为交流输出电压Vo，经测量选择按键K，送入A/D转换器转换为数字量，送至单片机。单片机控制量程转换开关，选择最佳量程，获得与Cx相应的Vo值。单片机通过频率转换开关，控制正弦波信号发生器的频率，从最低档开始，按10倍频逐级提高频率，同时读入各档相应的Vo值，并对相邻的两档频率的数值VOL和VOH求商，判断VOL/ VOH是否大于7.1，若不大于此值，继续求商，直至VOL/ VOH大于7.1。单片机根据这次的fH和VOH求出Cx,并通过显示器显示被测的电容值。


图4 电容在线测试原理图
2. 电阻电容在线测试的软件设计

电阻电容在线测试的主程序流程图如图5所示：


图5 电阻电容在线测试主程序图
3. 结束语

电阻电容在线测试采用在线测试的“电隔离”技术，可快速测量电路板上任意的电阻和电容的值，测量精度高。电阻在线测试的方法在测量大电阻时干扰往往比较严重，这时在单片机的控制下，可适当增加采样测试的次数，以提高测量的精度。电容在线测试的方法采用高频近似的方法进行测量，在满足VOL/ VOH≥7.1的前提下，求Cx的误差不大于0.5%，如果再把测量中的其它因素引起的误差考虑在内，误差的总和不大于3%，满足一般应用的精度要求。