摘要：介紹一種基于STM32F103單片機的高精度自動電阻測試儀的設計與制作。該電阻測試儀使用分壓法來實現對電阻的測量，采用了高精度的16位∑-△ADC AD7705完成電阻電壓的準確測量。整個系統(tǒng)易于控制，人機交互界面友好。經測試，系統(tǒng)功能齊全，精確度達到0．6％，轉換速率達到10／秒。
關鍵詞：單片機STM32；AD7705；高精度

    傳統(tǒng)的電阻測試儀存在需要調檔，精度不夠的缺點。本文介紹了使用分壓法，采用了高精度的16位∑-△ADC AD7705完成電阻電壓的準確測量的自動電阻測試儀的構成。

1 總體設計
1．1 基于分壓的電阻測量法
    該系統(tǒng)使用如圖1所示的分壓法測電阻，采用精密電阻做為R0，RX為測量電阻，通過測量U1，U2，由歐姆定理便可以測出。此方案電路結構簡單，調試方便。只要把精準電阻R0標定好，使用高精度的AD進行采樣，就可以測出RX。

1．2 系統(tǒng)組成
    該系統(tǒng)由STM32F103單片機做主控，系統(tǒng)通過單片機控制繼電器來實現電阻檔的自動轉換，采用了高精度的16位∑-△ADC AD7705完成電阻電壓的準確測量，TFT彩色液晶可以實時顯示測量電阻阻值及其誤差，還可以顯示電位器阻值曲線。系統(tǒng)總體方案框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)各主要部分的理論分析和實際設計
2．1 STM32F32單片機最小系統(tǒng)模塊設計
    本系統(tǒng)中主控芯片為STM32F103，此款單片機時鐘頻率達到72 MHz，在72 MHz時消耗36 mA(所有外設處于工作狀)，待機時下降到2μA，價格便宜、高性能、低功耗。本系統(tǒng)全部的控制、測量、顯示等功能均由其來完成。
2．2 電壓采集模塊
    AD7705用∑-△轉換技術實現了16位無丟失代碼性能，具有0．003％的非線性度，包括由緩沖器和增益可編程放大器(PGA)組成的前端模擬調節(jié)電路，可編程數字濾波器等部件。非常符合本設計要求。

    設計電路時，為減少數字電路對模擬電路的干擾，模擬地與數字地分開，電路設計圖如圖3所示。
2．3 基準電源模塊
    AD7705需要外部供給一個基準電壓源，結合系統(tǒng)需要進行溫度補償，選擇用AD780。AD780是一款超高精度帶隙基準電壓源，可以利用4．0 V～36 V的輸入提供2．5 V或3．0 V輸出。AD780可以用來提供最高10 mA的源電流或吸電流，并且可以在串聯或分流模式下工作，無需外部器件便可提供正或負輸出電壓，因此適合幾乎所有的高性能基準電壓源應用。能提供穩(wěn)定的2．5V或3．0V輸出。
2．4 自動分壓式電阻測量部分
    采用傳統(tǒng)臺式儀表所采用的繼電器量程選擇模式，利用單片機控制繼電器的通斷實現量程的自動切換。由于繼電器在未導通時電路為斷路，而在導通后基本可視為0Ω導通，兩端無壓降，也就是說繼電器是一個電子控制的開關，而且由于繼電器是機械結構，其穩(wěn)定性比較高，因此可以作為理想的自動儀表控制設備。4個繼電器，4個精密電阻就可以組成自動分壓式電阻測量模塊，電路結構簡單，調試方便。

3 軟件設計
    (1)“超時待機”節(jié)能設計，系統(tǒng)采用STM32作為主控芯片，考慮到該芯片在掉電模式下待機時電流下降到2 μA，具有非常低的功耗，對系統(tǒng)設計了“超時待機”節(jié)能：系統(tǒng)若超過預定的時間沒有輸入，采用軟件方法讓主芯片進入待機模式。
    (2)濾波，AD7705內部有集成化的數字濾波，本系統(tǒng)在軟件上實現了均值濾波。
    (3)溫度補償，STM32F103內部內置有溫度傳感器，考慮到電阻存在溫漂，電阻的阻值一般隨溫度的增加而增加，為確保電阻測試儀的穩(wěn)定性和準確性，系統(tǒng)在軟件上對電阻測試儀進行了溫度補償。
    (4)電位器為單圈旋轉式電位器，為了防止步進電機在電位器已經旋轉到盡頭還繼續(xù)前進，不但影響測量精度，還會損壞電位器和步進電機?；谝陨峡紤]，在軟件上，當檢測到電位器的阻值為50 Ω或4．6 kΩ時，單片機給信號步進電機，步進電機停止前進。
    (5)軟件設計流程圖，如圖4所示。

4 測試系統(tǒng)
4．1 測試方法及數據
    待測電阻先用Agilent34401A六位半數字萬用表進行檢驗和測量，然后用自動電阻測試儀進行測試。
    測試結果表明：
    (1)簡易自動電阻測試儀的測量精度達到0．6％。
    (2)簡易自動電阻測試儀測量電位器的精度達到1．54％。
    (3)轉換速度大于10／s。
    (4)電位器的測量，10 s能測量20個點。

5 誤差分析
    測量的誤差主要來源是各數字信號與模擬信號之間的干擾，在電路設計上對模擬信號與數字信號進行了隔離。另外一個誤差來源來自于電路中存在阻抗，通過反復測試，再用軟件進行了矯正。

6 總結
    本系統(tǒng)以STM32F103單片機為核心，結合AD7705電壓采集、AD780基準電壓源和一些簡單的外圍設備，進行了完整的設計。整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，測量精度高。