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

發(fā)布時間：2022-03-18作者來源：薩科微瀏覽：7330

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

說“多用表”，其實就是主要的4個參數(shù)的測量 - 電壓、電流、電阻和電容。說是“表“，其實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，當然如果你用的MCU實在窮得連個ADC都沒有，那這個板子還提供了一個串行的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)們可以到我列出來的鏈接里自己去消化，在這里我簡單介紹一下：

這個板子的尺寸不大，能夠測量4個功能，但使用的器件不多，板子的尺寸跟一個U盤差不多，看板子上的器件的封裝，完全可以自己參考這個設(shè)計畫一塊板子（記得用KiCad哦），接在自己熟悉的單片機平臺上，自己編程玩玩。

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

借此機會你也可以了解一下國產(chǎn)器件的發(fā)展現(xiàn)狀。

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

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

電壓的測量 - 要注意的就是輸入阻抗要足夠高，不要影響到被測電路，在這部分使用了兩個跟隨器進行緩沖、一個差分電路。跟隨器前面的是分壓器，可以將被測的電壓幅度按照50:3的比例降壓，差分電路使用了虛擬地VGND - 這個VGND的電壓為ADC參考基準電壓（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即為VGND（1.024V），這樣就可以通過ADC的輸入端0-2.048V的變化范圍來測量正、負電壓，輸入端電壓的范圍是多少，大家可以算一下。

電壓的測量

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

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

由于電阻值的跨度比較大，不可能通過一個已知阻值的電阻來測量跨度很大的未知電阻，因此加了一個開關(guān)控制網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)字控制的方式切換不同的阻值，從而達到更精確的測量。在下面的電路中用了6個MOSFET作為開關(guān)來切換使用不同阻值的參考電阻。

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

由于測量中會用到負電壓，在這個設(shè)計中還用到了電荷泵從+5V產(chǎn)生-5V的供電電壓，以及一個基準電壓源MAX6106產(chǎn)生2.048的參考電壓，并通過電阻分壓 + 緩沖得到一個1.024V的虛地電壓，提供給運算放大器，將輸入的+/-變化的電壓偏移到以1.024V這個中間點為電壓中點。