1035.基于MSP430F247的微小電阻測(cè)試儀設(shè)計(jì)

1、基于msp430f247的微小電阻測(cè)試儀設(shè)計(jì)摘要：以msp430f247為核心，采用比例法測(cè)量原理，對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一種測(cè)量精度高、可自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的微小電阻測(cè)試儀。它具有數(shù)據(jù)測(cè)試、顯示、存儲(chǔ)、打印和傳輸?shù)榷囗?xiàng)功能，操作簡(jiǎn)單，成本較低，適用于實(shí)驗(yàn)室和工廠現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)境。關(guān)鍵詞：微小電阻；msp430f247；比例法；恒流源；中圖號(hào)：tp274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: adesign of a micro resistance measuring instrument based on msp430f247abstract: this paper designed a micro resist

2、ance measuring instrument based on msp430f247, which adopted a ratio measuring method. it has the features of high measurement precision and automatic range switching. moreover, it can realize some functions such as data measuring, display, storing, printing, and transmitting. so it can be used in t

3、he labs, work field, and so on.key words: micro resistance; msp430f247; the ratio method; constant current source;0引言在電子和電氣系統(tǒng)中，常需要測(cè)定某些高導(dǎo)電材料的電阻率，如電感器、變壓器的銅電阻，電纜插座的接觸電阻等，由于數(shù)值較小，一般的指針萬用表由于精度較差而無法進(jìn)行測(cè)量，而市場(chǎng)上的微歐計(jì)價(jià)格昂貴，測(cè)量范圍較小，被測(cè)電阻容易超出測(cè)量范圍，并且不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。針對(duì)這些問題，本文設(shè)計(jì)一種基于新型單片機(jī)msp430f247的微小電阻測(cè)試儀。該測(cè)試儀可自動(dòng)在lcd屏上顯示所測(cè)電阻值

4、，測(cè)量范圍為100200。另外該系統(tǒng)可對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和打印，還提供串行口與上位機(jī)通信，便于日后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，具有良好的人機(jī)交互功能。1電阻測(cè)量原理 測(cè)量電阻的儀表種類繁多，所依據(jù)的原理也各種各樣，各有長(zhǎng)短12。常見的方法就是根據(jù)r的定義式來測(cè)量，稱為定義法，就是用恒流源i流過被測(cè)電阻，測(cè)出電阻上電壓值u，根據(jù)歐姆定律r=u/i來求的電阻r值。這種方法的實(shí)現(xiàn)電路簡(jiǎn)單，但對(duì)恒流源的精度、穩(wěn)定性以及電路的抗干擾等要求很高，導(dǎo)致電阻測(cè)試精度有限，再提高就很難。除定義法之外，常見的數(shù)字萬用表歐姆檔都采用比例法，就是比較被測(cè)電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電位差來計(jì)算被測(cè)電阻值3。本系統(tǒng)正是借鑒數(shù)字萬用表所采

5、用的比例法來測(cè)量電阻值。首先將確定的恒流源分別流過標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻，得到兩路模擬電壓和，再分別經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，變換為兩個(gè)數(shù)字量輸入給單片機(jī)。由于，則可知，這樣經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部程序處理，計(jì)算出被測(cè)電阻值，并顯示在lcd屏上。本設(shè)計(jì)采用msp430f247單片機(jī)開發(fā)了一種智能化電阻測(cè)試儀，它除了對(duì)100200范圍內(nèi)微小電阻進(jìn)行測(cè)試外，能實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、打印、通訊等多項(xiàng)功能，這是傳統(tǒng)的電阻測(cè)試儀所不具備的。2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)2.1 硬件設(shè)計(jì)總框圖 圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總框圖本系統(tǒng)構(gòu)成總框圖如圖1所示，主要包含單片機(jī)msp430f247、恒流源、儀用放大器，以及鍵盤、l

6、cd、微型打印機(jī)和eeprom等輸入輸出設(shè)備。恒流源分別流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測(cè)電阻，產(chǎn)生的2路電位差，經(jīng)儀用放大器進(jìn)行放大，msp430f247再通過自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（adc）接受數(shù)據(jù)，由內(nèi)部程序進(jìn)行比例運(yùn)算計(jì)算出被測(cè)電阻值，再通過lcd顯示出來。鍵盤可以對(duì)lcd屏上顯示內(nèi)容進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)打印輸出、時(shí)鐘顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苓x擇。2.2 核心處理器msp430f247msp430f247是美國(guó)ti 公司新推出的一種msp430 系列單片機(jī)，以小巧、靈活、快速而著稱4。它采用16 位risc 指令結(jié)構(gòu)，指令周期達(dá)到62.5ns。該芯片的最大特點(diǎn)是超低功耗，可使用電池長(zhǎng)期工作，其電源電壓為1

7、.83.6v，待機(jī)電流小于1a，i/o輸入端口的漏電流最大為50na，其節(jié)電模式的功耗低于 0.1a ，且其數(shù)字控制的振蕩器帶有頻率鎖相環(huán)，提供從低功耗模式喚醒到活動(dòng)模式的時(shí)間少于1s。 該芯片內(nèi)置多達(dá)32kb的flash rom和4 kbram 的存儲(chǔ)器，還提供一個(gè)8通道的12位、 200ksps的高速adc，以及定時(shí)器、比較器、電源電壓監(jiān)控等外圍模塊、在數(shù)據(jù)傳輸方面，它帶有usci接口，具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離通信功能，可以方便地和其它系統(tǒng)相連接?？偟膩碚f，該芯片片內(nèi)外設(shè)豐富，集成度高，性能優(yōu)越，以它為核心來構(gòu)建智能化數(shù)字儀表，所需外圍器件少，穩(wěn)定性好，性價(jià)比高。2.3 恒流源 恒流源實(shí)現(xiàn)電路如圖2

8、所示，開關(guān)電源經(jīng)全橋整流和濾波產(chǎn)生直流電，再由放大器opa727進(jìn)行適當(dāng)放大產(chǎn)生恒流電。晶體管t201、各類電阻、電感l(wèi)和opa727組成閉環(huán)負(fù)反饋電路，進(jìn)一步提高恒流源穩(wěn)定性。繼電器開關(guān)k201b、k202b、k203b、k204b分別控制4路電位器來調(diào)整恒流源的電流值，分別對(duì)應(yīng)4檔電流輸出：100ma，1a，5a，10a。4路繼電器開關(guān)由msp430f247程序指令操作4路對(duì)應(yīng)繼電器的開通狀態(tài)來控制，控制電路如圖3所示。當(dāng)程序發(fā)出指令使p36p40為0，繼電器k201a通電，則使對(duì)應(yīng)開關(guān)k201b閉合，也就選擇了電位器w201（100），使恒流源輸出值為100ma。其他電流輸出值以此類推。

9、放大器opa727是具有電子微調(diào)功能的20mhz帶寬的高精度cmos運(yùn)算放大器，具有低溫漂、低噪聲等特點(diǎn)，非常適用于本系統(tǒng)中。圖2恒流源 圖3 繼電器控制電路2.4 儀用放大器本設(shè)計(jì)中需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè)電阻所產(chǎn)生的2路電壓進(jìn)行適當(dāng)放大，以達(dá)到msp430f247的adc量程范圍（02.5v），所以采用儀用放大器芯片ian212856，它具有2路電壓放大輸入/輸出端口，正好滿足本設(shè)計(jì)的要求。ian2128的2路輸入電阻由電位器芯片mcp4261提供，連接電路如圖4所示， mcp4261的l1、l0、w1、w0引腳分別與ian2128的引腳l1、l0、w1、w0對(duì)應(yīng)連接即可。mcp4261輸出的

10、2路電阻可調(diào)，由msp430f247通過程序指令控制，可實(shí)現(xiàn)5k、10k、50k、100k 4檔電阻輸出，從而可以調(diào)節(jié)芯片ian2128的輸出電壓值，使其達(dá)到msp430f247的adc量程范圍內(nèi)（02.1v）。 圖4 儀用放大器電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的編程方法，增加了程序的可讀性和可移植性，也便于調(diào)試。整個(gè)軟件程序包含初始化函數(shù)、測(cè)試函數(shù)、操作內(nèi)容選擇函數(shù)（鍵盤輸入函數(shù)）、打印函數(shù)、時(shí)鐘函數(shù)、存儲(chǔ)函數(shù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)顯示函數(shù)、上位機(jī)通信函數(shù)、自動(dòng)/手動(dòng)設(shè)置函數(shù)等模塊，軟件設(shè)計(jì)框圖如圖5所示。本系統(tǒng)功能豐富，通過鍵盤選擇控制就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)鐘顯示、系統(tǒng)設(shè)置

11、等多項(xiàng)功能，操作簡(jiǎn)單。程序模塊較多，限于篇幅，這里主要對(duì)軟件設(shè)計(jì)的流程作簡(jiǎn)要說明。 圖5 軟件設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行初始化設(shè)置，包括msp430f247的i/o設(shè)置、片內(nèi)定時(shí)器設(shè)置和lcd屏初始顯示內(nèi)容設(shè)置等；然后系統(tǒng)等待鍵盤輸入，調(diào)用操作內(nèi)容選擇函數(shù)，根據(jù)不同的鍵盤輸入值而進(jìn)入相應(yīng)的電阻值測(cè)試、數(shù)據(jù)打印、存儲(chǔ)、傳輸和時(shí)鐘顯示等功能模塊函數(shù)，以至實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。4結(jié)束語(yǔ)本文作者創(chuàng)新點(diǎn)為：以msp430f247為核心，采用比例法測(cè)量原理，實(shí)現(xiàn)了一種測(cè)量精度高、可自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的微小電阻測(cè)試儀。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的微小電阻測(cè)試儀，可對(duì)1200范圍內(nèi)微小電阻進(jìn)行測(cè)試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印和數(shù)據(jù)傳輸，還可實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，測(cè)試精度可達(dá)到0.5%，能滿足很多工程實(shí)踐和科學(xué)研究的需求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，功能全，成本較低，具有良好的推廣應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1 鄒飛,黃華,祝詩(shī)平. 基于單片機(jī)的語(yǔ)音播報(bào)智能化電阻測(cè)試儀設(shè)計(jì)j. 電子測(cè)量技術(shù),2007,04:125-1282 張小玉.基于89c52單片機(jī)的電阻測(cè)試系統(tǒng)研究j. 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2007,02:134-1353 劉方新,錢昭