單片機在線測試系統(tǒng)

4　電容在線測試原理

電容在線測試原理電路如圖4所示。

　　圖中Cx為印刷板上被測電容，Rx為板上與Cx并聯(lián)的電阻，Z1和Z2為板上Cx兩端旁路的總等效阻抗，Uref為基準的正弦波信號源，Rr為基準電阻。如同上述電阻在線測試所分析的那樣，根據(jù)理想運算放大器的“虛短”原理及深度電壓負反饋輸出電阻為零的特征，可消除Z1和Z2的影響，實現(xiàn)對Cx和Rx并聯(lián)阻抗Zx的“電隔離”。由圖4不難看出：

Uc＝－Uref Zx／Rx　　

在印刷電路板上，電容Cx通常與Rx之間并聯(lián)，如何從并聯(lián)電路中單獨測得Cx值，這是電容在線測試的關(guān)鍵。為此，我們提高正弦波發(fā)生器Uref的頻率F，使Cx的容抗1／（ωCx）＜＜Rx，則可忽略Rx，使并聯(lián)阻抗Zx近似等于Cx的容抗。即

式中Rr，Uref和頻率F均為已知，測得Uc，便可用上式求出Cx。我們稱此法為“高頻近似法”。分析可知，若Rx大于被測電容Cx的容抗Zc的5倍，即若Rx≥5Cx，那么，按式Cx＝Uref／（2лFRr

Uc）求出Cx的誤差不大于2％?？紤]到測量中因其它因素引起的誤差，整個誤差總和也不大于5％。對于一般要求這種誤差已經(jīng)滿足了。在實際電路中，電容量的范圍很廣，與電容器并聯(lián)的電阻值差別也很大。為實現(xiàn)高頻近似法測試Cx，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的信號頻率。為了便于測量控制，又不使正弦波信號發(fā)生器過于復(fù)雜，采取的措施是將信號源的頻率按5倍頻分檔，并使各檔信號Uref的幅度相等。由低向高按5倍關(guān)系逐檔增高信號頻率，同時測量響應(yīng)的輸出電壓Uc，并計算相鄰兩檔低頻輸出電壓Ucl和高頻輸出電壓Uch的比值。分析證明，若該比值Ucl／Uch≥3．6時，則可以用這個高檔頻率的信號測量Cx，此時的輸出電壓Uc＝Uch。將此時的f，Uref和Uc代入Cx＝Uref／（2лfRrUc），便可求得Cx。而Ucl／Uch≥3．6則可作為“高頻近似法”選擇測試頻率的依據(jù)。

5　系統(tǒng)軟件

　　該在線測試系統(tǒng)的軟件，采用模塊化結(jié)構(gòu)，由主程序、若干子程序和中斷程序組成，并且采用了數(shù)字濾波等軟件抗干擾技術(shù)，提高了測試精度。系統(tǒng)主程序的流程圖如圖5所示。系統(tǒng)啟動后，先初始化，然后判斷測試Cx還是Rx，則分別進入各次的測試程序，開始在線測試。電阻在線測試過程為：被測電阻Rx通過Rx／Ur轉(zhuǎn)換電路，將Rz轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓Ur，送入A／D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入單片機系統(tǒng)。單片機國家輸入得數(shù)據(jù)，選擇最佳量程，并控制量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇合適的基準電阻Rr，實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)化。在單片機控制下，進行多次（如8次）采樣測試，并對各次測得的Ur求取平均值，然后計算出電阻Rx，最后送顯示器顯示。

　　電容在線測試過程為：將Cx／Uc轉(zhuǎn)換電路，在正弦波信號發(fā)生器的作用下將Cx的數(shù)值轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓Uc，送入A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送至單片機。單片機開展量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇最佳量程，獲得與Cx相應(yīng)的Uc值。單片機通過頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)，控制正弦波信號發(fā)生器的振蕩頻率，從最抵擋頻率開始，按5倍頻逐級增頻率。同時讀入各檔的相應(yīng)Uc值，并對相鄰兩檔頻率的數(shù)據(jù)Ucl和Uch求商Ucl／Uch，判斷Ucl／Uch是否大于3．6，若不大于此值，則繼續(xù)讀入求商，直到Ucl／Uch≥3．6，單片機就根據(jù)最后這次Fh和Uch，按式Cx＝Uref／（2лfhUch）求Cx值，并送顯示器顯示被測的電容量數(shù)值。