基于MC9S12XS128的自动电阻测试仪设计

余红英，喻 洁，杨 杰

（芜湖信息技术职业学院，安徽芜湖 241003）

基于MC9S12XS128的自动电阻测试仪设计

余红英，喻 洁，杨 杰

（芜湖信息技术职业学院，安徽芜湖 241003）

本文以飞思卡尔公司的16位微处理器MC9S12XS128为控制芯片，用4×4矩阵键盘作为人与系统对话设备，用自带汉字库的带背光的12864LCD为显示器，设计了自动电阻测试仪。测试仪实现了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四档位的精确测量，且在各档位间能实现自动切换；同时具有电阻筛选功能；测试仪还设计了自动测量电位器阻值随旋转角度变化的装置，能动态显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线。系统性能稳定，测量精度高，具有相应的灵活性和实用性。

MC9S12XS128微处理器；电阻测试；自动换挡；电阻筛选；液晶显示

电阻是现代电子工业发展中最常用的电子元件之一，其测量在产品研发及测试中有着广泛的应用；随着工业发展的需求，现有的万用表测量电阻均需要手动选择量程，无法在线测量及依据测试结果进行控制，已经不能满足需求。本文以飞思卡尔公司的16位微处理器MC9S12XS128为控制芯片，用4×4矩阵键盘作为人与系统对话设备，用自带汉字库的带背光的12864LCD为显示器，设计了自动电阻测试仪，测试仪实现了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四档位的精确测量，且在各档位间能实现自动切换，测试速度达到10次/秒，10KΩ以下档位测量误差小于0.5%，10 MΩ档测量精度小于0.7%，总体测量精度高，读数跳动不大于2字；同时具有电阻筛选功能；测试仪还设计了电位器阻值随旋转角度变化自动测量并能动态显示电位器阻值随旋转角度变化曲线的装置；系统性能稳定，测量精度高，具有相应的灵活性和实用性。

1 系统的总体设计

本系统采用MC9S12XS128微处理器作为控制芯片，主要包括：恒流源、稳压电源、电阻/电压转换单元、键盘控制单元、单片机控制单元、量程切换单元、曲线绘制单元、电机驱动单元和显示单元[1]。测试仪总体设计框图如图1所示。

图1 自动电阻测试仪总体设计框图

2 系统硬件设计

2.1 MC9S12XS128核心控制板

本系统的核心控制板是MC9S12XS128芯片的最小硬件系统。它有MC9S12XS128芯片、时钟晶振电路、复位电路、滤波电感、BDM接口电路、电容及接插件等构成。核心控制板具有多达59个第一功能为通用输入输出的端口，具有12位的AD采集模块，支持12位、10位、8位三种精度选择，实现测得数据的片内A/D转换，具有8个独立的带有可编程控制频率和占空比的PWM通道，采用软件方式控制每个通道输出的PWM占空比，通过电机驱动电路，控制电机带动电位器旋转及停止；核心控制板通过一个6针插头将信息引出并和BDM调试器连接，用BDM调试器通过BDM接口电路向目标板下载程序，将MC9S12XS128内部128KBFLASH中的程序擦除，这是用BDM实现程序的传输功能[2]；也可通过BDM进行实时在线调试、设置断点、读写内存、读写寄存器、单步执行程序、运行程序、停止程序运行等操作。为提高数据处理速度，用软件把MC9S12XS128核心控制板的时钟频率从16 MHZ超频到80MHZ。核心控制板最小硬件系统如图2所示。

图2 核心控制板最小硬件系统

2.2 档位自动转换电路设计

测试仪对于10 kΩ以下的范围内的电阻，采用恒流源驱动的伏安法进行测量。为了提高测量精度,本测试仪采用了三组不同的恒流源（20mA、2mA、200uA），分别应用于100Ω、1KΩ、10KΩ三档；10MΩ档则采用恒压源输出2.5V电压,在电路串入高精度的电阻R2，与被测电阻串联形成分压电路，被测电阻上产生压降UX,则有RX=UX·R2/（2.5-UX）；最后由单片机控制数字模拟开关74HC4051完成四个档位的切换[3]。具体转换电路如图3所示。

图3 测试档位转换电路

各档位从被测电阻两端采集的模拟电压信号经LM358跟随电路后，送入MC9S12XS128单片机的AD0 (PAD00)A/D采集端口，在片内实现12位精度的A/D转换，计算出此时的电压值，转换成电阻值。单片机的工作基准电压为5V，最小分辨电压可达1.22 mV。

系统初始处在10MΩ档位，系统测出电阻阻值，如果阻值大于10KΩ，则将该阻值作为此次测量结果，否则就通过数字控制模拟开关选择10KΩ档位，如果测得该阻值大于1 kΩ，则将该阻值作为此次结果，否则通过数字控制模拟开关选择选择1 kΩ档，如果该阻值大于100Ω，则将该阻值作为此次结果;否则选择100 Ω档重新测量电阻。处在某个档位时，相应的彩色发光二极管点亮，清晰显示档位的切换。在等待测量时，系统处在10MΩ档；电阻阻值及档位实时在12864液晶显示屏上显示。

2.3 电阻筛选电路

采用4×4矩阵键盘，矩阵键盘的8个端口接在MC9S12XS128单片机的数据端口PB0～PB7上，通过矩阵键盘设定筛选电阻值和误差值，然后根据测出的被测电阻实际阻值，如果阻值在计算范围内，在屏幕上显示“是”，否则在屏幕上显示“否”，并由蜂鸣器报警提示。

2.4 电位器动态测量与显示电路

电位器动态测量采用两块专用集成驱动芯片BTS7960驱动减速电机，带动电位器转动。通过核心控制板及软件控制其使能输入端和PWM的占空比，可实现对电机转速的精确控制[4]，电机驱动电路如图4所示，通过键盘选择可控制它的转向。

显示电路采用12864LCD显示模块，如图5所示。LCD的PSB引脚接高电平，即采用8位并行接口方式，LCD的8位数据线接在MC9S12XS128核心控制板的输入/输出口PA0～PA7上,LCD的RST接到PM5上，LCD的R/S、R/W、EN分别连接到PE2～PE4上，通过核心控制板与软件控制12864的输入输出[5]；通过电机带动电位器旋转，电位器阻值随旋转角度变化，在12864液晶显示器上显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线[6]。实际编程运算时，以128方向为Y值方向，表示电阻值的大小。以64方向为X方向，表示旋转角度值。

图4 电机驱动电路

图5 显示电路

3 系统的软件设计

本设计采用了模块化设计的方法，在freescale CodeWarrior环境中用C语言编写，有利于后续开发。程序主要包括主程序、键盘扫描程序、A/D采集程序、自动换挡测试程序、自动筛选程序、电机驱动程序、LCD显示程序。系统软件总流程图如图6所示。

图6 系统软件总流程图

系统的主程序主要完成MC9S12XS128单片机的系统初始化、中断初始化、A/D初始化、PWM初始化、12864初始化、键盘扫描程序、功能测试程序、测试结果显示程序等。系统软件分支流程图如图7所示。

图7 系统软件分支流程图

4 系统测试

系统调试完成后，用3位半的数字万用表和本系统对不同阻值的电阻进行了对比测试，同时还进行了电阻筛选测试与动态电机驱动及曲线绘制功能测试。

4.1 自动换档测试电阻

选择了10 KΩ、1 KΩ、100Ω、10MΩ各档位的被测电阻3至4个，在温度26℃，相对湿度40%的环境下进行了电阻阻值测试，测量结果如表1所示。

表1 四种量程电阻测试结果

从测量结果可知，10KΩ以下档位测量误差小于0.5%，10 MΩ档测量误差小于0.7%，总体测量精度高，性能可靠。

4.2 自动电阻筛选功能测试

在温度26℃，相对湿度40%的环境下进行了自动电阻筛选测试，结果如表2所示。

表2 自动筛选电阻测试结果

根据表2测试结果可知，根据键盘输入的筛选电阻值和筛选误差，电路实现自动筛选功能。在所测电阻值不符合筛选条件时，蜂鸣器声音报警。筛选测试范例如图8所示。

4.3 电位器阻值随角度变化曲线测量装置功能测试

自动测量和显示电位器阻值随旋转角度变化曲线装置采用核心控制板、电机驱动电路及软件控制驱动电机，带动4.7K单圈线性电位器转动，实现旋转角度和电位器电阻的线性变化，并通过液晶显示器输出。显示结果如图9所示。

图8 筛选测试显示界面

图9 线性电位器匀速转动所测电阻值的动态图形显示

5 结论

经测试，本自动电阻测试仪实现了100Ω、1KΩ、10KΩ、10MΩ四档位的精确测量，且在各档位间能实现自动切换；系统很好地完成电阻测试、电阻筛选功能，几乎无误检；电位器阻值随旋转角度变化自动测量装置能动态显示电位器阻值随旋转角度变化的曲线；所有测量结果均实现了12864液晶显示器的实时显示。本系统性能稳定，测量精度高，自动换挡测试，易于拓展，可用于工业生产的电阻在线测量及筛选。

[1]顾卓璟,张兴敢,唐岚,等.一种高精度电阻测量仪系统设计[J].现代电子技术,2012,35(2):185-187.

[2]王宜怀,曹金华.嵌入式系统设计实战[M].北京:北京航空航天大学,2011,36(47):257-265.

[3]张晓龙,陈智慧,杨新华.基于C8051F020的微小电阻测试仪的设计与开发[J].电子测量技术,2011,34(1):78-79.

[4]李慧,李秀歌,娄利峰.飞思卡尔智能车设计方法探讨[J].长春工程学院学报,2012,13(1):50-52.

[5]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社,2009:167-177.

[6]韦小华.基于液晶模块的动态曲线显示设计[J].电子元器件应用,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

安徽省高等学校省级质量工程“电气自动化技术特色专业”建设项目资助（2008TSZY53）；中央财政支持的计算机应用职业教育实训基地建设项目（34093031510）；安徽省教学研究项目（20101289）。

余红英（1965-），女，浙江淳安人，芜湖信息技术职业学院副教授，硕士，从事检测技术研究。