基于MC9S12XS128的自動電阻測試儀設計

余紅英，喻 潔，楊 杰

（蕪湖信息技術職業學院，安徽蕪湖 241003）

基于MC9S12XS128的自動電阻測試儀設計

余紅英，喻 潔，楊 杰

（蕪湖信息技術職業學院，安徽蕪湖 241003）

本文以飛思卡爾公司的16位微處理器MC9S12XS128為控制芯片，用4×4矩陣鍵盤作為人與系統對話設備，用自帶漢字庫的帶背光的12864LCD為顯示器，設計了自動電阻測試儀。測試儀實現了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四檔位的精確測量，且在各檔位間能實現自動切換；同時具有電阻篩選功能；測試儀還設計了自動測量電位器阻值隨旋轉角度變化的裝置，能動態顯示電位器阻值隨旋轉角度變化的曲線。系統性能穩定，測量精度高，具有相應的靈活性和實用性。

MC9S12XS128微處理器；電阻測試；自動換擋；電阻篩選；液晶顯示

電阻是現代電子工業發展中最常用的電子元件之一，其測量在產品研發及測試中有著廣泛的應用；隨著工業發展的需求，現有的萬用表測量電阻均需要手動選擇量程，無法在線測量及依據測試結果進行控制，已經不能滿足需求。本文以飛思卡爾公司的16位微處理器MC9S12XS128為控制芯片，用4×4矩陣鍵盤作為人與系統對話設備，用自帶漢字庫的帶背光的12864LCD為顯示器，設計了自動電阻測試儀，測試儀實現了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四檔位的精確測量，且在各檔位間能實現自動切換，測試速度達到10次/秒，10KΩ以下檔位測量誤差小于0.5%，10 MΩ檔測量精度小于0.7%，總體測量精度高，讀數跳動不大于2字；同時具有電阻篩選功能；測試儀還設計了電位器阻值隨旋轉角度變化自動測量并能動態顯示電位器阻值隨旋轉角度變化曲線的裝置；系統性能穩定，測量精度高，具有相應的靈活性和實用性。

1 系統的總體設計

本系統采用MC9S12XS128微處理器作為控制芯片，主要包括：恒流源、穩壓電源、電阻/電壓轉換單元、鍵盤控制單元、單片機控制單元、量程切換單元、曲線繪制單元、電機驅動單元和顯示單元[1]。測試儀總體設計框圖如圖1所示。

圖1 自動電阻測試儀總體設計框圖

2 系統硬件設計

2.1 MC9S12XS128核心控制板

本系統的核心控制板是MC9S12XS128芯片的最小硬件系統。它有MC9S12XS128芯片、時鐘晶振電路、復位電路、濾波電感、BDM接口電路、電容及接插件等構成。核心控制板具有多達59個第一功能為通用輸入輸出的端口，具有12位的AD采集模塊，支持12位、10位、8位三種精度選擇，實現測得數據的片內A/D轉換，具有8個獨立的帶有可編程控制頻率和占空比的PWM通道，采用軟件方式控制每個通道輸出的PWM占空比，通過電機驅動電路，控制電機帶動電位器旋轉及停止；核心控制板通過一個6針插頭將信息引出并和BDM調試器連接，用BDM調試器通過BDM接口電路向目標板下載程序，將MC9S12XS128內部128KBFLASH中的程序擦除，這是用BDM實現程序的傳輸功能[2]；也可通過BDM進行實時在線調試、設置斷點、讀寫內存、讀寫寄存器、單步執行程序、運行程序、停止程序運行等操作。為提高數據處理速度，用軟件把MC9S12XS128核心控制板的時鐘頻率從16 MHZ超頻到80MHZ。核心控制板最小硬件系統如圖2所示。

圖2 核心控制板最小硬件系統

2.2 檔位自動轉換電路設計

測試儀對于10 kΩ以下的范圍內的電阻，采用恒流源驅動的伏安法進行測量。為了提高測量精度,本測試儀采用了三組不同的恒流源（20mA、2mA、200uA），分別應用于100Ω、1KΩ、10KΩ三檔；10MΩ檔則采用恒壓源輸出2.5V電壓,在電路串入高精度的電阻R2，與被測電阻串聯形成分壓電路，被測電阻上產生壓降UX,則有RX=UX·R2/（2.5-UX）；最后由單片機控制數字模擬開關74HC4051完成四個檔位的切換[3]。具體轉換電路如圖3所示。

圖3 測試檔位轉換電路

各檔位從被測電阻兩端采集的模擬電壓信號經LM358跟隨電路后，送入MC9S12XS128單片機的AD0 (PAD00)A/D采集端口，在片內實現12位精度的A/D轉換，計算出此時的電壓值，轉換成電阻值。單片機的工作基準電壓為5V，最小分辨電壓可達1.22 mV。

系統初始處在10MΩ檔位，系統測出電阻阻值，如果阻值大于10KΩ，則將該阻值作為此次測量結果，否則就通過數字控制模擬開關選擇10KΩ檔位，如果測得該阻值大于1 kΩ，則將該阻值作為此次結果，否則通過數字控制模擬開關選擇選擇1 kΩ檔，如果該阻值大于100Ω，則將該阻值作為此次結果;否則選擇100 Ω檔重新測量電阻。處在某個檔位時，相應的彩色發光二極管點亮，清晰顯示檔位的切換。在等待測量時，系統處在10MΩ檔；電阻阻值及檔位實時在12864液晶顯示屏上顯示。

2.3 電阻篩選電路

采用4×4矩陣鍵盤，矩陣鍵盤的8個端口接在MC9S12XS128單片機的數據端口PB0～PB7上，通過矩陣鍵盤設定篩選電阻值和誤差值，然后根據測出的被測電阻實際阻值，如果阻值在計算范圍內，在屏幕上顯示“是”，否則在屏幕上顯示“否”，并由蜂鳴器報警提示。

2.4 電位器動態測量與顯示電路

電位器動態測量采用兩塊專用集成驅動芯片BTS7960驅動減速電機，帶動電位器轉動。通過核心控制板及軟件控制其使能輸入端和PWM的占空比，可實現對電機轉速的精確控制[4]，電機驅動電路如圖4所示，通過鍵盤選擇可控制它的轉向。

顯示電路采用12864LCD顯示模塊，如圖5所示。LCD的PSB引腳接高電平，即采用8位并行接口方式，LCD的8位數據線接在MC9S12XS128核心控制板的輸入/輸出口PA0～PA7上,LCD的RST接到PM5上，LCD的R/S、R/W、EN分別連接到PE2～PE4上，通過核心控制板與軟件控制12864的輸入輸出[5]；通過電機帶動電位器旋轉，電位器阻值隨旋轉角度變化，在12864液晶顯示器上顯示電位器阻值隨旋轉角度變化的曲線[6]。實際編程運算時，以128方向為Y值方向，表示電阻值的大小。以64方向為X方向，表示旋轉角度值。

圖4 電機驅動電路

圖5 顯示電路

3 系統的軟件設計

本設計采用了模塊化設計的方法，在freescale CodeWarrior環境中用C語言編寫，有利于后續開發。程序主要包括主程序、鍵盤掃描程序、A/D采集程序、自動換擋測試程序、自動篩選程序、電機驅動程序、LCD顯示程序。系統軟件總流程圖如圖6所示。

圖6 系統軟件總流程圖

系統的主程序主要完成MC9S12XS128單片機的系統初始化、中斷初始化、A/D初始化、PWM初始化、12864初始化、鍵盤掃描程序、功能測試程序、測試結果顯示程序等。系統軟件分支流程圖如圖7所示。

圖7 系統軟件分支流程圖

4 系統測試

系統調試完成后，用3位半的數字萬用表和本系統對不同阻值的電阻進行了對比測試，同時還進行了電阻篩選測試與動態電機驅動及曲線繪制功能測試。

4.1 自動換檔測試電阻

選擇了10 KΩ、1 KΩ、100Ω、10MΩ各檔位的被測電阻3至4個，在溫度26℃，相對濕度40%的環境下進行了電阻阻值測試，測量結果如表1所示。

表1 四種量程電阻測試結果

從測量結果可知，10KΩ以下檔位測量誤差小于0.5%，10 MΩ檔測量誤差小于0.7%，總體測量精度高，性能可靠。

4.2 自動電阻篩選功能測試

在溫度26℃，相對濕度40%的環境下進行了自動電阻篩選測試，結果如表2所示。

表2 自動篩選電阻測試結果

根據表2測試結果可知，根據鍵盤輸入的篩選電阻值和篩選誤差，電路實現自動篩選功能。在所測電阻值不符合篩選條件時，蜂鳴器聲音報警。篩選測試范例如圖8所示。

4.3 電位器阻值隨角度變化曲線測量裝置功能測試

自動測量和顯示電位器阻值隨旋轉角度變化曲線裝置采用核心控制板、電機驅動電路及軟件控制驅動電機，帶動4.7K單圈線性電位器轉動，實現旋轉角度和電位器電阻的線性變化，并通過液晶顯示器輸出。顯示結果如圖9所示。

圖8 篩選測試顯示界面

圖9 線性電位器勻速轉動所測電阻值的動態圖形顯示

5 結論

經測試，本自動電阻測試儀實現了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四檔位的精確測量，且在各檔位間能實現自動切換；系統很好地完成電阻測試、電阻篩選功能，幾乎無誤檢；電位器阻值隨旋轉角度變化自動測量裝置能動態顯示電位器阻值隨旋轉角度變化的曲線；所有測量結果均實現了12864液晶顯示器的實時顯示。本系統性能穩定，測量精度高，自動換擋測試，易于拓展，可用于工業生產的電阻在線測量及篩選。

[1]顧卓璟,張興敢,唐嵐,等.一種高精度電阻測量儀系統設計[J].現代電子技術,2012,35(2):185-187.

[2]王宜懷,曹金華.嵌入式系統設計實戰[M].北京:北京航空航天大學,2011,36(47):257-265.

[3]張曉龍,陳智慧,楊新華.基于C8051F020的微小電阻測試儀的設計與開發[J].電子測量技術,2011,34(1):78-79.

[4]李慧,李秀歌,婁利峰.飛思卡爾智能車設計方法探討[J].長春工程學院學報,2012,13(1):50-52.

[5]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京:電子工業出版社,2009:167-177.

[6]韋小華.基于液晶模塊的動態曲線顯示設計[J].電子元器件應用,2010,12(10):22-25.

Design of Automatic Resistance Testing Instrument Based on the Freescale MC9S12XS128 MCU

YUHong-ying,YUJie,YANGJie
（Wuhu Vocational College ofInformation Technology,Wuhu 241003,China）

This paper introduces a design of automatic resistance testing instrument based on Freescale 16-bit microprocessor MC9S12XS128.Its monitor is used by backlight 12864-LCD display containing Chinese character library,using a 4×4 matrix keyboard as a dialogue equipment between person and system.The testing instrument realizes accurate measure of 4 scales of resistance:100Ω,1KΩ,10KΩ and 10MΩ.It can be shifted to one another automatically in the scale of 100Ω,1KΩ,10KΩ,10MΩ.And it has the function of resistance screening.The instrument has the device which enables automatic measured resistance value of the potentiometer to change with the rotating angle,and the curves of the changing resistance value are displayed dynamically on the 12864-LCD monitor. This systemhas steadyperformance and measuringaccuracyreaches design requirements.

MC9S12XS128 microprocessor;resistance testing;automatic shifting;resistance screening;liquid crystal display

TP216

A

1008-178X（2012）09-0003-06

2012-07-19

安徽省高等學校省級質量工程“電氣自動化技術特色專業”建設項目資助（2008TSZY53）；中央財政支持的計算機應用職業教育實訓基地建設項目（34093031510）；安徽省教學研究項目（20101289）。

余紅英（1965-），女，浙江淳安人，蕪湖信息技術職業學院副教授，碩士，從事檢測技術研究。