1035.基于MSP430F247的微小电阻测试仪设计.doc

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1、基于MSP430F247的微小电阻测试仪设计摘要：以MSP430F247为核心，采用比例法测量原理，对系统的软件、硬件进行设计，实现了一种测量精度高、可自动量程转换的微小电阻测试仪。它具有数据测试、显示、存储、打印和传输等多项功能，操作简单，成本较低，适用于实验室和工厂现场等环境。关键词：微小电阻；MSP430F247；比例法；恒流源；中图号：TP274 文献标识码: 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引言在电子和电气系统中，常需要测定某些高导电材料的电阻率，如电感器、变压器的铜电阻，电缆插座的接触电阻等，由于数值较小，一般的指针万用表由于精度较差而无法进行测量，而市场上的微欧计价格昂贵，测量范围较小，被测电阻容易超出测量范围，并且不易实现自动测量。针对这些问题，本文设计一种基于新型单片机MSP430F247的微小电阻测试仪。该测试仪可自动在LCD屏上显示所测电阻值

4、，测量范围为100200。另外该系统可对测试数据进行保存和打印，还提供串行口与上位机通信，便于日后对数据进行分析、处理，具有良好的人机交互功能。1电阻测量原理 测量电阻的仪表种类繁多，所依据的原理也各种各样，各有长短12。常见的方法就是根据R的定义式来测量，称为定义法，就是用恒流源I流过被测电阻，测出电阻上电压值U，根据欧姆定律R=U/I来求的电阻R值。这种方法的实现电路简单，但对恒流源的精度、稳定性以及电路的抗干扰等要求很高，导致电阻测试精度有限，再提高就很难。除定义法之外，常见的数字万用表欧姆档都采用比例法，就是比较被测电阻和标准电阻的电位差来计算被测电阻值3。本系统正是借鉴数字万用表所采

5、用的比例法来测量电阻值。首先将确定的恒流源分别流过标准电阻和被测电阻，得到两路模拟电压和，再分别经过放大和模数转换，变换为两个数字量输入给单片机。由于，则可知，这样经过单片机内部程序处理，计算出被测电阻值，并显示在LCD屏上。本设计采用MSP430F247单片机开发了一种智能化电阻测试仪，它除了对100200范围内微小电阻进行测试外，能实现量程自动转换，还可以实现数据的存储、显示、打印、通讯等多项功能，这是传统的电阻测试仪所不具备的。2系统硬件电路设计2.1 硬件设计总框图 图1 系统硬件设计总框图本系统构成总框图如图1所示，主要包含单片机MSP430F247、恒流源、仪用放大器，以及键盘、L

6、CD、微型打印机和EEPROM等输入输出设备。恒流源分别流经标准电阻和被测电阻，产生的2路电位差，经仪用放大器进行放大，MSP430F247再通过自带的模数转换器（ADC）接受数据，由内部程序进行比例运算计算出被测电阻值，再通过LCD显示出来。键盘可以对LCD屏上显示内容进行控制，可实现打印输出、时钟显示、数据存储、数据传输等功能选择。2.2 核心处理器MSP430F247MSP430F247是美国TI 公司新推出的一种MSP430 系列单片机，以小巧、灵活、快速而著称4。它采用16 位RISC 指令结构，指令周期达到62.5ns。该芯片的最大特点是超低功耗，可使用电池长期工作，其电源电压为1

7、.83.6V，待机电流小于1A，I/O输入端口的漏电流最大为50nA，其节电模式的功耗低于 0.1A ，且其数字控制的振荡器带有频率锁相环，提供从低功耗模式唤醒到活动模式的时间少于1s。 该芯片内置多达32KB的FLASH ROM和4 KBRAM 的存储器，还提供一个8通道的12位、 200KSPS的高速ADC，以及定时器、比较器、电源电压监控等外围模块、在数据传输方面，它带有USCI接口，具有数据远距离通信功能，可以方便地和其它系统相连接。总的来说，该芯片片内外设丰富，集成度高，性能优越，以它为核心来构建智能化数字仪表，所需外围器件少，稳定性好，性价比高。2.3 恒流源 恒流源实现电路如图2

8、所示，开关电源经全桥整流和滤波产生直流电，再由放大器OPA727进行适当放大产生恒流电。晶体管T201、各类电阻、电感L和OPA727组成闭环负反馈电路，进一步提高恒流源稳定性。继电器开关K201B、K202B、K203B、K204B分别控制4路电位器来调整恒流源的电流值，分别对应4档电流输出：100mA，1A，5A，10A。4路继电器开关由MSP430F247程序指令操作4路对应继电器的开通状态来控制，控制电路如图3所示。当程序发出指令使P36P40为0，继电器K201A通电，则使对应开关K201B闭合，也就选择了电位器W201（100），使恒流源输出值为100mA。其他电流输出值以此类推。

9、放大器OPA727是具有电子微调功能的20MHz带宽的高精度CMOS运算放大器，具有低温漂、低噪声等特点，非常适用于本系统中。图2恒流源 图3 继电器控制电路2.4 仪用放大器本设计中需要对标准电阻和待测电阻所产生的2路电压进行适当放大，以达到MSP430F247的ADC量程范围（02.5V），所以采用仪用放大器芯片IAN212856，它具有2路电压放大输入/输出端口，正好满足本设计的要求。IAN2128的2路输入电阻由电位器芯片MCP4261提供，连接电路如图4所示， MCP4261的L1、L0、W1、W0引脚分别与IAN2128的引脚L1、L0、W1、W0对应连接即可。MCP4261输出的

10、2路电阻可调，由MSP430F247通过程序指令控制，可实现5k、10k、50k、100k 4档电阻输出，从而可以调节芯片IAN2128的输出电压值，使其达到MSP430F247的ADC量程范围内（02.1V）。 图4 仪用放大器电路3系统软件设计本系统软件设计采用模块化的编程方法，增加了程序的可读性和可移植性，也便于调试。整个软件程序包含初始化函数、测试函数、操作内容选择函数（键盘输入函数）、打印函数、时钟函数、存储函数、内存数据显示函数、上位机通信函数、自动/手动设置函数等模块，软件设计框图如图5所示。本系统功能丰富，通过键盘选择控制就可实现数据显示、数据打印、数据传输、时钟显示、系统设置

11、等多项功能，操作简单。程序模块较多，限于篇幅，这里主要对软件设计的流程作简要说明。 图5 软件设计框图系统上电后，首先进行初始化设置，包括MSP430F247的I/O设置、片内定时器设置和LCD屏初始显示内容设置等；然后系统等待键盘输入，调用操作内容选择函数，根据不同的键盘输入值而进入相应的电阻值测试、数据打印、存储、传输和时钟显示等功能模块函数，以至实现各项功能。4结束语本文作者创新点为：以MSP430F247为核心，采用比例法测量原理，实现了一种测量精度高、可自动量程转换的微小电阻测试仪。本系统所设计的微小电阻测试仪，可对1200范围内微小电阻进行测试、数据存储、数据显示、数据打印和数据传

12、输，还可实现量程自动转换，测试精度可达到0.5%，能满足很多工程实践和科学研究的需求，系统实现简单，功能全，成本较低，具有良好的推广应用前景。参考文献：1 邹飞,黄华,祝诗平. 基于单片机的语音播报智能化电阻测试仪设计J. 电子测量技术,2007,04:125-1282 张小玉.基于89C52单片机的电阻测试系统研究J. 机电产品开发与创新,2007,02:134-1353 刘方新,钱昭烨,李宗民.常用仪器仪表原理与使用M.北京:科学出版社,1999,24沈建华,杨艳琴.Msp430系列16位超低功耗单片机原理与实践M.北京:北京航空航天大学出版,20085杨振江.新型集成电路使用指南与典型应用M.西安:西安电子科技大学出版社,2000,16封岸松,谢迪,葛晓宇.基于单片机的自动转换开关控制器设计J微计算机信息，2007，10-1：237-239