一种电阻电容测量电路的设计

2002年3月　　　　　　　沈阳工业学院学报　　　　　　　　V o l . 21N o . 1

2002第21卷第1期　JOU RNAL O F SH EN YAN G I N ST ITU T E O F T ECHNOLO GY M ar .

文章编号:1003-1251(2002) 01-0049-05

一种电阻电容测量电路的设计

任晓虹1, 周启炎2

(1. 沈阳工业学院机械工程分院, 辽宁沈阳110016; 2. 沈阳工业学院)

　　摘　要:介绍了在单片机控制下的一种测量仪器. 隔离技术, 实现电阻电容在线测试; 它可以进行数据采集、A D 转换量程及显示等, 具有较高的测试精度.

关键词:单片机; 电阻; 电容中图分类号:T P 206. :在电子仪器、测量与维修, 对电阻, 以避免其它元件的影响效率低, 还极易损伤线路板和元器件. 采用单片机控制的阻容在线测试仪, “电隔离”技术, 在无需焊开元器件的条件下, 便可直接对电阻、电容进行测量. 系统在8031单片机的控制下, 可以进行数据采集, 自动转换量程, 数据处理和显示等, 实现了测试过程的智能化.

1　测试原理

图1是电阻在线测试原理图. 其中R x 是待测电阻, R 1、R 2是R x 两端的旁路等效电阻, V R 为基准电压, R r 为基准电阻. 根据理想运算放大器的“虚地”原理

, U +≈U -, R 1上的电压为0, 即R 1上没有电流通过; 又根据深度电压负反馈时, 其输出电阻为0的特性, 负载电阻R 2对输出电压无影响.

由此得出V 0=-V R R x R r

　　当基准电压V R 和基准电阻R r 确定后, V 0只与R x 有关, 而与R x 的旁路电阻R 1、R 2均无关, 即对R x 实现了“电隔离”, 由此将被测电阻R x 转换成相应的输出电压V 0. 单片机系统对V 0进行处理后, 即可得出被测电阻R x 的阻值.

同电阻在线测试原理一样, 根据理想运算放大器的特性, 在电容的测试过程中, 同样可以消除待测电容C x 两端的旁路等效阻抗Z 1、Z 2的影响, 实现对C x 和R x 并联阻抗Z x 的“电隔离”. 在图2中, C x 为印刷电路板上的待测电容, R x 是C x 的并联电阻, Z 1、Z 2为C x 两端旁路的总收稿日期:2001-09-13

作者简介:任晓虹(1960—) , 女, 黑龙江哈尔滨人, 高级实验师.

50沈阳工业学院学报　　　　　　　　　　2002年等效阻抗. V R 、R r 为基准正弦波信号源和基准电阻

.

图1

　电阻在线测试原理图图2　电容在线测试原理图

因Z 1中没有电流, 所以

V 0=-V R Z x R r , 　Z x =C x R x

　　在印刷电路板上, C x 两端通常并有电阻R x , 高正弦波发生器的频率f , 使得C x 的容抗1 Ξ

C x

2x x ) +1 R x )

≈1 ΞC x

(R r ΞC x ) V 0=-V R 则

(ΞR r V 0) =V R (2ΠC x =V R f R r V 0)

　　f r 、V R 为已知, C x 只与V 0有关, 单片机系统对V 0进行处理后, 即可得出C x 值. 2　电路结构

该系统由8031单片机、8155扩展器、多路转换开关和数字显示电路构成一A D 转换器、

个智能检测系统, 实现阻容元件在线测试过程的自动化.

图3　在线测试系统原理图

测试过程:被测电阻R x 或被测电容C x 通过电阻 电压或电容 电压转换电路转换为电压信号后, 经A D 转换器送入单片机系统, 单片机根据输入的数据, 选择最佳量程, 并控制量程转换开关, 自动实现量程转换. 选择好最佳量程后, 测量系统对R x 或C x 值进行多次采样测试, 对采得的数据进行处理后, 送到显示器显示测得的数值.

第1期　　　　　　　　任晓虹等:

一种电阻电容测量电路的设计

(1) 电阻测试电路设计51

为获得较高的测量精度, 选用高精度的运算放大器(O P —07) . 由V 0=V R R x R r , 所以当R r 和V R 确定后, R x 由V 0来求出. 在实际测量时, R x 是不确定的, 为满足测量范围的需要, 设置R r 1～R r 4四档基准电阻, 控制系统根据读到的

R x 值, 通过多路模拟开关CD 4051自动选出合适的基准电阻R r 1～R r 4, 实现量程的自动转换. 下面是一个实用的测试电路

.

图4　电阻测试电路图

图中由T 1、. 输出电压T 2组成的射极输出器, 可以进一步减小输出电阻R 2对V 0的影响V 0经比较器(TA 75041) 得到所需的逻辑电平后进入A D 转换器进行数据转换.

(2) 电容测试电路的设计

在测电容时, 关键的问题是从R x 、C x 并联电路中单独测得C x , 前面已分析过, 当C x 的容抗

(2Π1 ΞC x

在实际测量中, 电容量的范围很广, R x 值也有很大的差别, 所以为了选择合适的信号频率, 将信号源的频率按5倍频分档. 并使各档信号V R 的幅度相等. 测量时, 由低向高逐档增高信号频率, 同时测量相应的输出电压V 0, 并计算相邻两档低频输出电压V 01和高频档输出电压

(2ΠV 0h , 当V 01 V 0h ≥316时, 则可取V 0=V 0h , 将此时的f 、V R 和V 0代入C x =V R f R r V 0) , 便

可得出C x 的值. 输出电压在送入A 滤波和稳压处理, 最后经过比较器D 转换器前, 需经整流、

送到A . D 转换器转换成数字量, 送至单片机

图5是一个测试电容的实际电路. 电路中的E 1648是高频集成正弦波振荡器, 外接的L C 振荡电路决定了它的振荡频率, 正弦波电压由3脚输出. 在电路设计中为改变E 1648的输出振荡频率, 设置了7组L C 振荡回路, 以实现测电容的需要. 根据信号源频率按5倍频分档的需要, 设正弦波的频率分别为:100H z , 500H z , 2500H z , 1125×104H z , 6125×104H z , 31125

(2Π×105H z , 115625×106H z 七个频率档. 由式f 0=1 L (C +C i ) 可分别确定出各档的L 、C

值, 七组频率档确定后, 单片机通过8选1模拟多路开关CD 4051, 控制正弦波信号发生器的振荡频率, 实现对电容的自动测量.

52沈阳工业学院学报　　　　　　　　　　2002年

图

(3) , 8031的串行口工作于方式0, 为同步移位寄存方式. 164串行输入并行输出

锁存从串行口发出的BCD 码. 8031的TXD 作为74L S 164入端. 当来一个输入脉

冲时, 把从8031串行口

发送的BCD 码串送到

74L S 164中, 最后七位

数字并行输出, 经驱动

器7404驱动对应的

. L ED 显示器进行显示

3. 软件设计

测试软件由初始

化、测电阻、测电容、显

示、报警等若干子模块

组成. 主程序流程如图6

所示.

图6　主程序流程

第1期　　　　　　　　任晓虹等:一种电阻电容测量电路的设计534. 结束语

本文所介绍的阻容在线测试系统, 具有较高的测量精度, 使用起来方便、高效, 可靠. 经理论分析说明, 在实际测试中如采取一些有效措施, 如用双线结构的测试笔、测电容时选择好最佳测试频率等, 均可提高测试精度, 可证明它具有一定的实用价值.

参考文献:

[1]王福瑞. 单片机测控系统设计[M ]. 北京:北京航空航天大学出版社, 1998.

[2]张友德. 单片微型机原理应用与实验[M ]. 上海:复旦大学出版社, 1992.

A C ircu it D esign for M ea sur i ng and 1R EN X iao 2, (Faculty of M , of T echno logy , Shenyang 110016, Ch ina ) :h in strum en t con tro lled by the single 2ch i p 8031. in ou t the on 2line m easu rem en t fo r resistance and cap acity .

p rinci p le of the vo ltage negative feedback and the m ethod of the iso lated vo ltage . m easu rem en t au tom atically and p rovide h igh accu racy .

Key words :single 2ch

i p com p u ter ; resistance ; cap acity ; on 2line m easu rem en t T he T he It u ses the in strum en t can co llect data and i m p lem en t A D conversi on . It can also change the range of