摘 要 介绍了一种新型的单片机控制电阻电容在线测试系统，详细讨论了系统组成、电阻、电容在线测试原理和系统软件的设计理念。
关键字电阻电容 在线测试 单片机 电隔离
1 引 言
在线测试是一种新型的电子测量技术。印刷电路板的电阻或电容值通常需要测量。传统的方法是重新测量焊接元件，以避免板上其他元件的影响。这不仅麻烦，而且测试速度低，甚至会损坏印刷板和部件。为此，我们采用电隔离技术，设计了一种由单片机控制的电阻电容在线测试系统，可以直接在印刷板上测量各部件的参数，即保持印刷板和部件的完美，大大提高了测试速度。
2 系统组成
单片机电阻电容在线测试系统的原理如图1所示。
为实现电阻电容在线测试过程的自动化，8031单片机和2732EPROM、该系统设置了自动转换范围，以进一步提高测试精度，采取软件抗干扰措施。
3 在线电阻测试原理
电阻-电压转换电路原理如图2所示。
图中Rx是印刷板上的待测电阻，R1和R2是Rx两端旁路等效电阻，Uref为基准电压，Rx为基准电阻。三支测试笔将用于测试，其中一支将用于测试R1和R2接地；第二根将接地；Rx与R1接触到操作放大器的反相输入端；第三个将Rx与R2的接点接至运算放大器的输出端。从图2不难看出，根据理想操作放大器的虚短原理，R1上的电压为零，因此没有电流通过；根据深电压负反馈时输出电阻为零的特点，作为负载电阻R2的值不会影响其输出电压Ur。
由图2得Ur＝－Uref Rx／Rx
基准电压可见Uref和基准电阻Rx确定后，Ur只取决于Rx，而与R1与R两侧电阻无关，即对R实现了电隔离。这将测量印刷电路板上的电阻Rx直接转换为相应的输出电压Ur。为扩大测量范围，引入基准电阻Rr1～Rr四、相应的开关S1～S转换量程，如图3所示。单片机根据Rx选择合适的Rr，通过控制S1～S自动转换量程。若选择高精度操作放大器(如OP07等)，可以进一步提高测量精度。为了减少R2的影响，输出级采用T1和T由复合管组成的射级输出器可以进一步降低输出电阻R提供所需的电流。为了减少接触电阻的影响，三支测试笔采用双线结构将通电流导线(图3中使用粗线)T1线表示)与测电压的导线(图3中的细线)分开。理论和实践都指出：在测量小电阻时，这种测试能有效地提高测试精度。
4 在线电容测试原理
如图4所示。
图中Cx在印刷板上测量电容，Rx为板上与Cx并联电阻，Z1和Z2为板上Cx两端旁路的总等效阻抗，Uref正弦波信号源为基准，Rr为基准电阻。根据上述电阻在线测试分析，根据理想操作放大器的短原理和深度电压负反馈输出电阻为零的特点，可以消除Z1和Z影响，实现对Cx和Rx并联阻抗Zx电隔离。图4不难看出：
Uc＝－Uref Zx／Rx
在印刷电路板上，电容Cx通常与Rx之间并联，如何从并联电路中单独测得Cx值，这是电容在线测试的关键。因此，我们提高了正弦波发生器Uref的频率F，使Cx的容抗1／(ωCx)＜＜Rx，则可忽略Rx，使并联阻抗Zx近似等于Cx的容抗。即
式中Rr，Uref和频和频率F，测量Uc，可以用上式求出Cx。我们称之为高频近似法。分析显示，如果Rx大于被测电容Cx的容抗Zc的5倍，即若Rx≥5Cx，那么，按式Cx＝Uref／(2лFRr
Uc)求出Cx误差不超过2%。考虑到测量中其他因素引起的误差，整个误差总和不超过5%。这种误差已经满足了一般要求。在实际电路中，电容范围很广，与电容器并联的电阻值差别很大。实现高频近似法测试Cx，根据实际情况选择合适的信号频率。为了便于测量和控制，防止正弦波信号发生器过于复杂，采取的措施是将信号源的频率分为5倍，并使每个档位的信号Uref幅度相等。信号频率由低向高按5倍增加，响应输出电压由测量Uc，计算相邻两档低频输出电压Ucl高频输出电压Uch的比值。分析证明，如果比值Ucl／Uch≥3.6时，可以用这个高频信号测量Cx，输出电压Uc＝Uch。将此时的f，Uref和Uc代入Cx＝Uref／(2лfRrUc)，便可求得Cx。而Ucl／Uch≥3.6可作为高频近似法选择测试频率的依据。
5 系统软件
在线测试系统的软件采用模块化结构，由主程序、多个子程序和中断程序组成，采用数字滤波等软件抗干扰技术，提高了测试精度。如图5所示，系统主程序的流程图。系统启动后，先初始化，然后判断测试Cx还是Rx，进入各种测试程序，开始在线测试。电阻在线测试过程如下被测电阻Rx通过Rx／Ur转换电路，将Rz转换为直流输出电压Ur，送入A／D转换器将模拟电压转换为数字，输入单片机系统。国家输入单片机数据，选择最佳量程，控制量程转换开关，选择合适的基准电阻Rr，实现量程自动转换。在单片机的控制下，进行多次(如8次)采样试验，并进行各种试验Ur求平均值，然后计算电阻Rx，最后送显示器显示。
电容在线测试过程如下:Cx／Uc在正弦波信号发生器的作用下，转换电路Cx交流输出电压的数值转换Uc，送入A／D转换器转换成数字量，送到单片机。单片机进行量程转换开关，选择最佳量程Cx相应的Uc值。单片机通过频率转换开关控制正弦波信号发生器的振荡频率，从最阻力频率开始，按5倍频率逐步增加。同时读入各档的对应Uc值，相邻两档频率的数据Ucl和Uch求商Ucl／Uch，判断Ucl／Uch是否大于3.6，如果不大于此值，则继续读入求商，直至Ucl／Uch≥3.6单片机根据最后一次Fh和Uch，按式Cx＝Uref／(2лfhUch)求Cx并送显示器显示被测电容量值。
参考文献
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