余建达 卢锦椿 钟叶 黄安琪 韦晓彤 黄晓云 秦浩兴
桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
摘 要：本测试仪以CYGNAL公司的C8051Fxxx型单片机C8051F410构成的最小系统为控制核心，由电阻测量模块，步进电机驱动模块，LCD显示、按键模块，电源电路等模块构成。简易自动电阻测量仪检测速度快，测量精确度高自动测量，大大提升工作效率。简易自动电阻测试仪克服了传统电阻测试仪有的弊端，具有加强版精确值、自动测试、具有高强度LCD显示屏的特点，具有很强的实用性。
关键词：C8051F410；电阻测量；步进电机驱动；LCD显示
随着国家信息科技的发展，电子设备的需求不断上升，电子设备的生产也不断增加。电子设备安全检验一直是电子设备生产的最重要一环。电阻测试仪恰恰是这一环中必不可缺少的部分，因此不断创新提高电阻测试仪的性能逐渐成为关键的一点。在进行本设计前我们对各功能模块进行了比较论证和选择。论证和选择之后设计出一款相较之下实用性高、功能性强、性价比高的简易自动电阻测量仪。通过各种反复严谨的比较论证和选择后，我们得到最满意、高效的组装配置。
1 简易自动电阻测试仪功能介绍
简易自动电阻测试仪能够完成基本部分和部分发挥部分的要求，即能够完成测量量程为100Ω、1kΩ、10kΩ、10MΩ四档，测量准确度为±（1%读数＋2字）；3位数字显示（最大显示数必须为999），能自动显示小数点和单位,测量速率大于5次/秒；100Ω、1kΩ、10kΩ三档量程具有自动量程转换功能；自动电阻筛选功能测试，即在进行电阻筛选测量时，我们通过键盘输入要求的电阻值和筛选的误差值；测量时，仪器能在显示被测电阻阻值的同时，给出该电阻是否符合筛选要求的指示；能够自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线，要求曲线各点的测量准确度为±（5%读数＋2字）,全程测量时间不大于7秒,测量点达到40点。
2 系统设计
2.1 总体设计
系统总体设计采用了CYGNAL公司的C8051Fxxx型单片机C8051F410。该系统主要包括电阻测量模块，步进电机驱动模块，LCD显示、按键模块，电源电路等功能模块。基于上述各方案的论证与分析，我们确定了最终方案。
为了满足发挥部分能自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线，要求曲线各点的测量准确度为±（5%读数＋2字）,全程测量时间不大于10秒,测量点不少于15点，特设计了一个辅助装置连接。
2.2 电阻测量硬件电路设计
电阻—电压转换测量法，采用R/U转换器将被测电阻转换成电压，经转换后得到的直流电压经A/D转换器转换为数字信号，由单片机控制输出显示被测电阻值到LCD。
被测电阻R接到测量端子上，电阻网络和运算放大器构成量程转换和电阻—电压转换电路，经转换后得到的直流电压经A/D转换器转换为数字输出显示被测电阻值。
2.3 步进电机驱动模块硬件设计
我们用L297+L298来驱动两相步进电机，L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46V。输出电流可达2．5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本设计我们选用驱动一台电动机。其中CLK,DIR,EN分别接单片机P0.2，P0.3，P0.1口，D1～D4快恢复二极管用来泄放绕组电流。为保证L298N正常工作，我们加装片外续流二极管IN4007。
2.4 液晶显示、按键模块硬件设计
显示模块我们采用了图形液晶屏，它具有显示质量高，数字式接口，体积小，质量轻，功耗功率小的特点，能够满足数字及图形符号的显示，能够满足本设计的要求。
按键电路采用6个独立式按键，其中当键S1按下时，功能键用于切换电阻测量和电阻筛选功能及电位器曲线测量；当S2、S3、S4、S5键按下时，是在电阻筛选界面有用，S2用于切换电阻值还是误差值；S3是切换电阻的单位是欧姆、KΩ、MΩ；S4是切换输入的哪一位；S5是在切换到的当前位改变数值；S6是电位器曲线测量界面时有用，按一次执行一次电位器曲线测量。
2.5 电源电路模块
本系统需要用到+12V和±5V三种电源，步进电机采用+12V供电，运放OP07采用±5V供电，其他各模块电路采用+5V供电，由三端稳压集成电路LM7812、LM7805和LM7905构成的直流稳压电源能够满足本设计的要求，这样可以保持整个系统稳定可靠运行。
2.6 系统软件设计
本系统的软件设计采用模块化设计的方法，整个程序包括主程序、A/D数据采集转换子程序、LCD显示程序、按键处理字程序。所有的程序均采用C语言编写，可以很方便地调试和下载程序代码。限于篇幅，本文只给出主程序的流程图及按键处理流程图。
3 小结
我们团队对电阻测量仪各功能模块（电阻测量模块、A/D模块、电机模块、电机驱动模块、微控制器模块、显示模块）进行了比较论证和选择。论证和选择之后设计出一款相较之下实用性高、功能性强、性价比高的简易自动电阻测量仪；在本产品电机模块的选择中，选择步进电机，步进电机通过控制脉冲个数来控制角位移量，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，其精确度高。
简易自动电阻测量仪可在电子产品制作、检测、维修中发挥重要作用，甚至在大型电子产品制作厂中，建议自动电阻测量仪检测速度快，测量精确度高自动测量，大大提升工作效率。我们的产品简易自动电阻测试仪克服了传统电阻测试仪有的弊端，具有加强版精确值、自动测试、具有高强度LCD显示屏的特点，在市场上应运而生，这也证明了我们产品具有实用性。我们的产品能够广泛应用于电子（电气）设备制造工厂、电子（电气）设备卖场、电子（电气）设备维修店、学校。
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本文是2021年广西大学生创业训练项目“电阻护卫-简易智能测试仪”（项目编号：S202110595338X）项目成果。