備戰(zhàn)電賽小技能 - 如何用單片機(jī)的ADC測(cè)量電壓、電流、電阻和電容？

發(fā)布時(shí)間：2022-03-18作者來(lái)源：薩科微瀏覽：8788

電賽中很多題目都是與電氣參數(shù)測(cè)量有關(guān)的，比如電阻、電容、電壓和電流，這些都是最基本的概念，看似測(cè)量起來(lái)也很簡(jiǎn)單，但還是有很多技巧，尤其是用盡可能簡(jiǎn)單的電路、穩(wěn)定可靠地進(jìn)行測(cè)量。

說(shuō)“多用表”，其實(shí)就是主要的4個(gè)參數(shù)的測(cè)量 - 電壓、電流、電阻和電容。說(shuō)是“表“，其實(shí)也就是模擬前端的電路而已，數(shù)據(jù)的處理和顯示都在其它板子上，用的是MCU內(nèi)部的ADC，當(dāng)然如果你用的MCU實(shí)在窮得連個(gè)ADC都沒(méi)有，那這個(gè)板子還提供了一個(gè)串行的ADC芯片。

原文是英文的，喜歡原汁原味閱讀技術(shù)資料的同學(xué)們可以到我列出來(lái)的鏈接里自己去消化，在這里我簡(jiǎn)單介紹一下：

這個(gè)板子的尺寸不大，能夠測(cè)量4個(gè)功能，但使用的器件不多，板子的尺寸跟一個(gè)U盤(pán)差不多，看板子上的器件的封裝，完全可以自己參考這個(gè)設(shè)計(jì)畫(huà)一塊板子（記得用KiCad哦），接在自己熟悉的單片機(jī)平臺(tái)上，自己編程玩玩。

板子上用到的器件有很多替代品，原裝的不好買(mǎi)的話，可以用國(guó)產(chǎn)的替代，比如圣邦微、3Peaks的器件都是價(jià)廉物美，完美替代的。

借此機(jī)會(huì)你也可以了解一下國(guó)產(chǎn)器件的發(fā)展現(xiàn)狀。

告訴你一個(gè)秘密 - 圣邦微、3Peaks都可以申請(qǐng)樣片，蘇老師前后用過(guò)很多這兩家公司的器件，都是拿到的樣片，而且到貨很快，每款可以申請(qǐng)到20片，不信你試試。

可以用你熟悉的單片機(jī)系統(tǒng)做一個(gè)比較炫酷的界面，甚至你也可以做成一個(gè)小小的“產(chǎn)品”。。。。

電壓的測(cè)量 - 要注意的就是輸入阻抗要足夠高，不要影響到被測(cè)電路，在這部分使用了兩個(gè)跟隨器進(jìn)行緩沖、一個(gè)差分電路。跟隨器前面的是分壓器，可以將被測(cè)的電壓幅度按照50:3的比例降壓，差分電路使用了虛擬地VGND - 這個(gè)VGND的電壓為ADC參考基準(zhǔn)電壓（比如2.048V）的一半，這樣在差分電路輸出端送到ADC輸入端的電壓的中點(diǎn)即為VGND（1.024V），這樣就可以通過(guò)ADC的輸入端0-2.048V的變化范圍來(lái)測(cè)量正、負(fù)電壓，輸入端電壓的范圍是多少，大家可以算一下。

電壓的測(cè)量

電流的測(cè)量 - 用一個(gè)差分放大電路將0.1歐姆上的壓差進(jìn)行10x 放大，根據(jù)歐姆定律，就可以算出流過(guò)0.1歐姆上的電流，可以測(cè)量到1A的電流。這個(gè)并聯(lián)在被測(cè)電路上的電阻選為0.1歐姆，就是為了不對(duì)被測(cè)的電路造成影響。

電阻的測(cè)量 - 采用的是分壓的原理，將被測(cè)的未知阻值的電阻跟已知阻值的電阻構(gòu)成分壓電路，測(cè)量分壓的電壓值，就可以推算出被測(cè)電阻的阻值。

由于電阻值的跨度比較大，不可能通過(guò)一個(gè)已知阻值的電阻來(lái)測(cè)量跨度很大的未知電阻，因此加了一個(gè)開(kāi)關(guān)控制網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)字控制的方式切換不同的阻值，從而達(dá)到更精確的測(cè)量。在下面的電路中用了6個(gè)MOSFET作為開(kāi)關(guān)來(lái)切換使用不同阻值的參考電阻。

電容的測(cè)量 - 在這里使用了一個(gè)555精確定時(shí)器 + 頻率/電壓轉(zhuǎn)換器。555定時(shí)器被設(shè)計(jì)為振蕩頻率為585Hz，50%占空比的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。被測(cè)的電容接在555的閾值輸入端，進(jìn)而影響到LM2907這顆頻率/電壓變換器的輸入直流電壓值，通過(guò)測(cè)量電壓值就可以反推接入的電容的值，當(dāng)然在其輸出端還加了一級(jí)差分放大器。

由于測(cè)量中會(huì)用到負(fù)電壓，在這個(gè)設(shè)計(jì)中還用到了電荷泵從+5V產(chǎn)生-5V的供電電壓，以及一個(gè)基準(zhǔn)電壓源MAX6106產(chǎn)生2.048的參考電壓，并通過(guò)電阻分壓 + 緩沖得到一個(gè)1.024V的虛地電壓，提供給運(yùn)算放大器，將輸入的+/-變化的電壓偏移到以1.024V這個(gè)中間點(diǎn)為電壓中點(diǎn)。