基于MSP430G2553的簡易智能電阻測量儀設(shè)計(jì)

徐 明

（1.武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，湖北武漢，430000；2.仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，湖北仙桃，433000）

基于MSP430G2553的簡易智能電阻測量儀設(shè)計(jì)

徐 明

（1.武漢理工大學(xué)自動化學(xué)院，湖北武漢，430000；2.仙桃職業(yè)學(xué)院機(jī)電學(xué)院，湖北仙桃，433000）

本作品以MSP430G2553微控制器為控制核心，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一簡易電阻測量儀。該測量儀通過微控制器內(nèi)部的片上10位A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)電阻-電壓轉(zhuǎn)換，具備自動量程轉(zhuǎn)換和阻值實(shí)時測量顯示等功能。整個系統(tǒng)測量誤差≤1%，具有測試精度高、速度快、功耗低、穩(wěn)定性好、操作方便等特點(diǎn)，有較好的實(shí)用價值。

電阻；MSP430G2553；A/D轉(zhuǎn)換器

0 引言

在電阻測量中，采用機(jī)械萬用表或數(shù)字萬用表傳統(tǒng)方法測量時，由于需要手動調(diào)整量程和手動調(diào)零，而且經(jīng)過多次反復(fù)測量才能得到電阻值，測量精度和效率低下，日益滿足不了人們的需要[1]。隨著科技的發(fā)展，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)來提高測量儀表的數(shù)字化、智能化程度已是儀器儀表領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢[2]。本文提出了一種基于MSP430單片機(jī)的電阻測量儀設(shè)計(jì)方案，能實(shí)現(xiàn)1Ω～10MΩ手動測量，并在1Ω～1MΩ測量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)檔位自動切換。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由MSP430單片機(jī)控制模塊、電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊、量程轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊和電源模塊等構(gòu)成，其系統(tǒng)的框架如圖1所示。其中電源模塊為整個系統(tǒng)提供±15V直流電源，+15V轉(zhuǎn)+5V電源模塊和+5V轉(zhuǎn)+1V電源模塊為電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊輸入端提供+1V直流信號源。量程轉(zhuǎn)換模塊通過接收MSP430G2253微控制器的指令實(shí)現(xiàn)對電阻/電壓轉(zhuǎn)換模塊的量程切換與控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 量程轉(zhuǎn)換模塊

此模塊設(shè)置有100Ω、10KΩ和1MΩ三個阻值的量程檔位，依次由繼電器U1、U2和U3來選擇控制。通過給量程轉(zhuǎn)換選擇口P1和P2輸入00、01和10三組不同高低電平組合控制繼電器的斷開和閉合，從而選擇不同的量程電阻。控制端口P1和P2電平由微控制器MSP430G2553 I/O口信號控制，三極管作為開關(guān)作用，并聯(lián)在繼電器線圈兩端的二極管作為泄放二極管用來泄放電流以保護(hù)系統(tǒng)電源，量程轉(zhuǎn)換接口接到R/V轉(zhuǎn)換模塊相應(yīng)端口。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

圖2 量程轉(zhuǎn)換模塊電路圖

2.2 R/V轉(zhuǎn)換模塊

電路選用高精度、低噪聲運(yùn)算放大器OPA2227，采用經(jīng)過退耦處理的±15V雙電源供電。第一級運(yùn)放的同向輸入端接+1V穩(wěn)壓源，其反向輸入端接量程轉(zhuǎn)換電路以選擇不同檔位量程電阻。不同的檔位量程電阻產(chǎn)生不同值的電流，電流通過被測電阻所產(chǎn)生的電壓降也不同，因而單片機(jī)的電壓采樣值也不同。串聯(lián)第二級電壓跟隨器用以減小其輸出的偏置電流從而使輸出電壓穩(wěn)定。采用精準(zhǔn)的7.4KΩ和3.6KΩ串聯(lián)分壓電路，目的是將第二級輸出的電壓轉(zhuǎn)換至0V～3.6V，方便單片機(jī)采樣。

圖3 R/V轉(zhuǎn)換模塊電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，主要以MSP430微控制器內(nèi)部運(yùn)算模塊為核心，負(fù)責(zé)對采樣的電壓值數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理、數(shù)字濾波，并將電阻值測量結(jié)果送至LCD液晶屏上實(shí)時顯示[4][5]。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

4 系統(tǒng)測試結(jié)果

利用設(shè)計(jì)制作的電阻測試儀，分別選用不同檔位的多個不同阻值電阻進(jìn)行測量，并與標(biāo)稱值進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

表1 各個檔位阻值測量數(shù)據(jù)

5 總結(jié)

詳細(xì)介紹了一種簡單實(shí)用的智能電阻測試儀的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了手動 3個檔位100、10K、1M的電阻測試,并能夠在三個檔位間自動切換,具有自動顯示小數(shù)點(diǎn)和單位的功能。測試結(jié)果準(zhǔn)確,實(shí)用性強(qiáng)。從實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，該電阻測量儀能較好地達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有功耗低，穩(wěn)定性高，操作方便等特點(diǎn)。

[1]宋武，宋艷麗.簡易自動電阻測試儀的設(shè)計(jì)[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011（12）:100-102.

[2]石從剛.基于MSP430F149的高精度電阻測試儀的設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2013（5）:29-32.

[3]徐明.基于MSP430G2553的智能脈搏測試儀設(shè)計(jì)[J].自動化應(yīng)用，2015（6）:78-79.

[4]胡大可.MSP430系列超低功耗16位單片機(jī)原理與應(yīng)用（第三版）[M]，北京航空航天出版社，2006.

[5]MSP430Gx53, Mixed Signal Microcontroller[J]. SLAS735-SEPTEMBER 2012,http://www.ti.com

Design of Simple Intelligent Resistance Measuring Instrument Based on MSP430G2553

Xu Ming
(1.School of Automation ,Wuhan University of Technology ,Wuhan Hubei, 430000；2.Department of Mechanical and Electrical Engineering , Xiantao Polytechnic Institute,Xiantao Hubei, 433000)

The simple intelligent resistance measuring instrument is designed with an MSP430G2553 single chip computer as the core component. The system has realized resistance to voltage conversion through 10 bit A/D cnoverter inside the microcomputer It has the functions of automatic range switching and realtime resistance value measuring & displaying.The whole system measurement error is below 1%.It also has the features of high measurement precision ,fast speed,low power consumption,good stability,easy operation and so on It has good practical value

Resistance;MSP430G2553;A/D converter

湖北省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度立項(xiàng)課題（2012B397）--電子設(shè)計(jì)競賽引導(dǎo)下的《單片機(jī)》與《C語言》課程整合研究。

徐明（1977年11月）,男，湖北仙桃人，副教授，武漢理工大學(xué)訪問學(xué)者，主要研究領(lǐng)域?yàn)榍度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用。