基于DSP 的多通路小電阻測試系統設計

王亞京，趙凱，古雅倩，陳金香，王海濤，包鵬贊

（北京航天新立科技有限公司，北京 100143）

在對小電阻進行測試時，其阻值范圍通常在零至十幾歐姆之間，可以和導線電阻相比擬，因此測試中需考慮消除導線電阻的影響；此外，對電雷管、點火頭、點火管等電火工品類小電阻進行測試時，由于測試火工品儀器的安全性能要求較高，測試電流需要被嚴格限制在一個較小值[1-2]。

采用常規的萬用表測量小電阻，由于導線電阻的干擾，測試精度無法保證；采用電橋法測量小電阻，過程繁瑣、易出現人為差錯[3-4]。此外，上述兩種測試方法測試電流不受控，因此不適用于電火工品類小電阻的測試。

文中依據四線法測量原理、采用DSP 為控制核心的軟硬件系統方案、運用集成開發軟件CCS6.0 工具，設計開發了一種多通路小電阻測試系統。

1 測試原理

四線法是一種精度很高的電阻測試方法，能夠較好地消除接線引入電阻的影響，且測試電流較小安全性高，廣泛應用于各類小電阻測試中[5-7]。

如圖1 所示，Rx為被測電阻，R1、R2、R3、R4都是接線引入的電阻，只要測試電壓的電路輸入阻抗很高，則所測電壓就是Rx上的電壓，接線電阻R3和R4不會引入測試誤差；由于是恒流源驅動，R1和R2不會影響電流大小，也不會引入測試誤差。將標準電阻Ra和被測電阻Rx串聯于回路，然后分別測量標準電阻兩端電壓Ua和被測電阻兩端電壓Ux，被測電阻計算公式如式（1）所示：

圖1 四線法測量原理

2 系統設計

2.1 系統方案

為了滿足精度、可靠性、易用性等方面的要求，采用TI 公司的TMS320F28335 芯片作為控制核心，設計了多通路小電阻測試系統[9-10]，測試系統用于測試多通路小電阻的導通阻值，并將測試數據顯示、存儲并打印，系統方案如圖2 所示。

圖2 系統方案

2.2 硬件方案

在多通路小電阻測試系統中，硬件電路主要包含電源轉換、DSP 最小系統、恒流源、電壓采集、測量通路選通、按鍵輸入、FLASH 存儲、顯示等部分[11-12]。其中，恒流源電路由運算放大器搭建[13-15]，恒流值受DSP 的DAC 輸出電壓值調控；DSP 通過GPIO 口控制選通開關、按鍵和LCD 顯示屏，通過UART 接口連接打印機，通過外部存儲接口驅動FLASH。

2.3 恒流源電路實現方案

如圖3 所示，使用運放搭建一個近似恒流源電路，電流計算公式如式（2）所示：

其中，R1、R2和R3的阻值分別為5.1 kΩ、2.2 kΩ和20 Ω，當Udac恒定時，I取值為固定值。Udac為DSP 程序控制DAC端口的輸出電壓，其取值范圍是0～3.3 V，因此恒流值I可控，取值范圍為0～49.7 mA，以適應不同阻值范圍小電阻的測量。

電壓Ux和Ua經采樣后，通過比例計算式（1）即可計算出被測電阻Rx的阻值。

2.4 測量通路選通方案

在硬件方案中，恒流源電路、電壓采樣電路均只有一路，因此要實現多通路測試，必須對以上兩種電路進行選通復用。

DSP 通過控制A 組選通開關將待測通路的被測電阻接入恒流源電路；通過控制B 組選通開關將待測通路的被測電壓接入電壓采樣電路。A 組/B 組選通開關真值表如表1 所示。

表1 選通開關真值表

3 軟件設計

為了完成小電阻測試系統軟件設計，采用CCS6.0 軟件進行DSP 程序設計開發。CCS 的全稱是Code Composer Studio，它是TI 公司出品的代碼開發和調試套件，該軟件在Windows 操作系統下，采用圖形接口界面，提供有環境配置、源文件編輯、程序調試、跟蹤和分析等工具[16]。

3.1 系統主程序

測試系統上電后，軟件首先執行系統初始化（時鐘初始化、各功能模塊初始化、中斷使能操作等），然后執行主程序的while(1)循環，并進行按鍵狀態監測。軟件一級運行模式有三個：單通路測試、多通路測試以及數據查看。

用戶通過“打印”、“上移”、“下移”、“確定”、“返回”五個按鍵進行功能選擇和切換；“確定”鍵用于點擊LCD 顯示屏焦點所在處的選項，“返回”鍵用于返回上級界面“，上移”“、下移”鍵用于查看或選擇數據時上、下移動選定的行，“打印”鍵用于打印測試數據。主程序流程圖如圖4 所示。

圖4 主程序流程圖

3.2 單通路測試

阻值測試時，選擇需要測試的通道，將該通道恒流源、電壓采樣通路導通。切換采樣通路至標準電阻Ra通道并延時，重復測試N次取平均值Ua；然后切換采樣通路至待測電阻通道并延時，重復測試N次取平均值Ux，然后依據公式Rx=UxRa/Ua計算待測電阻阻值，并在LCD上顯示測試結果。單通路測試流程圖如圖5所示。

圖5 單通路測試流程圖

3.3 多通路測試

多通路測試時，預先指定被測試的各通路，然后根據真值表選擇測試通路，依次測試各通路阻值，并在LCD上顯示當前通路測試結果；當到達最大測試路數Max時，結束測試。多通路測試流程圖如圖6所示。

圖6 多通路測試流程圖

3.4 數據存儲與查看

在多通路測試結束后，軟件自動將DSP 內存和LCD 顯存中的測試數據按照約定的格式存儲到片外FLASH 中，只保留最近顯示的50 次測試結果。

在數據查看界面選擇測試編號后，通過軟件讀取的FLASH 塊號和塊內偏移量計算FLASH 的操作位置，并從該位置開始，讀取指定長度的數據，查詢出測試信息。

3.5 打 印

將歷史存儲的測試信息通過UART 串口發送給打印機，打印機進行數據打印。測試數據包括測試的編號、通路名稱、通路號和測試值等。打印流程圖如圖7 所示。

圖7 打印流程圖

4 系統測試

為了驗證小電阻測試系統設計的正確性，對該系統進行了軟件仿真測試和整機測試。其中，整機測試是在真實的系統運行環境下，檢查軟件對小電阻測試系統各項功能的實現情況，測試結果如表2所示。

表2 整機測試結果

測試結果表明，軟件能夠實現小電阻測試系統單通路測試、多通路測試、數據存儲與查看、打印等功能要求。

5 結論

該系統中小電阻的測量采用四線法測量技術，有效地減少了測試線引線電阻和激勵源的影響，提高了測量精度；同時采用DSP 核心的軟硬件系統方案、規范的程序設計，實現了多通路小電阻的自動測試。從以上各方面發現，該測試系統測試結果精確可靠、功能設計實用性強，具有廣闊的應用前景。