单片机设计中的软件测试,单片机测试系统设计

摘　要　介绍了一种新颖的单片机控制电阻电容在线测试系统，并详细论述了系统组成，电阻、电容在线测试原理以及系统软件的设计思想。

关键词电阻电容　在线测试　单片机　电隔离

1　引　言

在线测试是一种新颖的电子测量技术。在调试维修印刷电路板时，往往需要测量印刷电路板上的电阻或电容值。传统的做法是焊开元件再测量，以避免受板上其他元件的影响。这不仅麻烦，测试速度低，甚至可能损伤印刷板和元件。为此，我们采用“电隔离”技术，设计了一种用单片机控制的电阻电容在线测试系统，该系统无需焊开元件便可直接在印刷板上测量各元件的参数，即保持了印刷板和元件的完善无损，又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原理如图1所示。

图中Rx是印刷板上的待测电阻，R1和R2是Rx两端旁路的等效电阻，Uref为基准电压，Rx为基准电阻。测试时用三根测试笔，其中一根将R1和R2的接点接地；第二根将Rx与R1的接点接至运算放大器的反相输入端；第三根将Rx与R2的接点接至运算放大器的输出端。由图2不难看到：根据理想运算放大器的“虚短”原理，R1上的电压为零，因而没有电流通过；又根据深度电压负反馈时其输出电阻为零的特征，作为负载电阻R2的数值大小，不会影响其输出电压Ur。

由图2得Ur＝－Uref Rx／Rx

可见在基准电压Uref和基准电阻Rx确定后，Ur只取决于Rx，而与R1与R2旁路电阻均无关，即对R2实现了“电隔离”。这就将印刷电路板上的被测电阻Rx直接转换为相应的输出电压Ur。为了扩大测量范围，引进了基准电阻Rr1～Rr4和相应的开关S1～S4来转换量程，如图3所示。单片机根据Rx选择合适的Rr，通过控制S1～S4自动转化量程。若选用高精度的运算放大器(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T2复合管组成的射级输出器，可进一步减小输出电阻，并为R2提供所需的电流。为了减小接触电阻的影响，三根测试笔均用双线结构，将通电流的导线(图3中用粗T1线表示)和测电压的导线(图3中细线)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。

图中Cx为印刷板上被测电容，Rx为板上与Cx并联的电阻，Z1和Z2为板上Cx两端旁路的总等效阻抗，Uref为基准的正弦波信 源，Rr为基准电阻。如同上述电阻在线测试所分析的那样，根据理想运算放大器的“虚短”原理及深度电压负反馈输出电阻为零的特征，可消除Z1和Z2的影响，实现对Cx和Rx并联阻抗Zx的“电隔离”。由图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。为此，我们提高正弦波发生器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

电容在线测试过程为：将Cx／Uc转换电路，在正弦波信 发生器的作用下将Cx的数值转换为交流输出电压Uc，送入A／D转换器转换为数字量，送至单片机。单片机开展量程转换开关，选择最佳量程，获得与Cx相应的Uc值。单片机通过频率转换开关，控制正弦波信 发生器的振荡频率，从最抵挡频率开始，按5倍频逐级增频率。同时读入各档的相应Uc值，并对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，若不大于此值，则继续读入求商，直到Ucl／Uch≥3．6，单片机就根据最后这次Fh和Uch，按式Cx＝Uref／(2лfhUch)求Cx值，并送显示器显示被测的电容量数值。

参考文献

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