摘 要：接觸電阻是用來表示元器件接觸點之間好壞的標準之一，所以接觸電阻的測量必不可少，本文對接觸電阻測試儀的研制進行了闡述，詳細介紹了系統(tǒng)的各部分組成以及各部分所完成的功能。

關(guān)鍵詞：接觸電阻 四點法 模數(shù)轉(zhuǎn)換 串口通信

1.引言

在電子、通信或電力系統(tǒng)中，不僅元件之間、電路之間、設備之間乃至元件內(nèi)部都需要可靠的電子連接[1]。但由于導體界面處于不同的大氣環(huán)境中，經(jīng)常覆蓋著不同氣體的氧化層或電化學腐蝕層，從而使接觸狀態(tài)復雜化[2]，增加了接觸面間的接觸電阻值，影響了接觸性能，所以，為了研究觸點的可靠性，接觸電阻的測量必不可少。微動電阻測試儀硬件電路部分主要是采用LM1458、ICL7135等芯片完成接觸電阻的測量。電阻測試儀的精度為四位半，量程2V/2Ω,精度0.1mV/ 0.1mΩ。LM1458是雙運算放大器，它的作用是將實際測量的電壓值進行放大，并輸出給ICL7135芯片。ICL7135芯片用來完成A/D轉(zhuǎn)換，將傳遞過來的數(shù)據(jù)由模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并由五位數(shù)碼管動態(tài)顯示所測電阻值。

2. 接觸電阻測試系統(tǒng)的研究

2.1 測量原理

貴金屬電觸點材料接觸電阻的測量方法參照國家標準GB/T 15078-1994貴金屬電觸點材料接觸電阻的測量方法[3]，采用四點法測量，由于四點法測量接觸電阻采用20mA/100mA的恒流源，故測量接觸電阻的實質(zhì)是測量微動接觸電壓。四點法接觸電阻的測量原理見圖1。

圖1 四點法測量接觸電阻原理圖

圖1所測電阻即為觸頭和樣片接觸時的電阻，其中的恒流源用來為接觸區(qū)域提供電流IC，電壓表用來測量P+和P-之間的電壓VC，由于電壓表內(nèi)阻相對于所測接觸電阻來說相當大（一般的接觸電阻大于100m?的話就屬于高阻），所以電壓表上分得的電流可以忽略不計，可以認為電壓表所測電壓VC即為P+和P-之間的電壓值，從而電壓VC與電流IC的比值即為電阻值。但由于觸點和樣片的接觸區(qū)域非常小，按圖中的接線得到的是P+和P-之間的電阻值。為了使測得的數(shù)據(jù)盡量接近真實的接觸電阻值，應使得P+接線端盡量靠近觸頭與樣片的接觸區(qū)域。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

2.2.1放大電路：

四點法是用來測量接觸電阻的，但實質(zhì)是測得的電壓與電流的比值才為電阻值，所以若直接讀電壓表的讀數(shù)，則還需另外計算電阻值，比較繁瑣。由于電流不變，所以可以通過找到電壓與電阻之間的關(guān)系，使得所測電壓的讀數(shù)即為電阻值，減少了計算的麻煩。恒流源為20mA時，把輸出電壓放大50倍，則顯示即為電阻值，單位為m?；若恒流源為100mA時，把輸出電壓放大10倍，則顯示也即為電阻值，單位為m?。

放大電路部分的電路如圖2所示。

圖2 接觸電阻測量系統(tǒng)放大電路

電路圖中有兩個LM1458芯片，P+和P-分別接被測電阻兩端（如圖1），經(jīng)過圖2放大電路后的輸出電壓為： 由于R1、R2為固定值（R1=2K?，R2 =1K?）,所以要想使輸出電壓放大50倍或10倍，只能改變可調(diào)電阻R3的阻值來控制放大倍數(shù)。通過計算可知，R3?85?時輸出電壓放大50倍，R3?470?時輸出電壓放大10倍。

2.2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管驅(qū)動電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換部分是核心部分，本系統(tǒng)選用ICL7135芯片進行A/D轉(zhuǎn)換，將測得的電壓值經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后以數(shù)字的形式顯示出來。ICL7135芯片要求120KHz時鐘輸入。我們選用3.840M晶體振蕩器，晶振的3.840M頻率通過HCF4060BE芯片進行32分頻后得到120KHz的頻率。

ICL7135芯片實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的接線如圖3所示。

圖3 ICL7135芯片A/D轉(zhuǎn)換接線圖[5]

數(shù)碼管采用動態(tài)顯示，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗。ICL7135芯片的輸出有D1（LSD）～D5（MSD）五位位選信號輸出和B1、B2、B4、B8四位BCD碼輸出。五位位選信號輸出與驅(qū)動器（MC1413）連接，驅(qū)動五個數(shù)碼管，用來選中某一位，四位BCD碼輸出與BCD—七段十進制鎖存器（MC14513）連接，使數(shù)碼管顯示所選中的某一位的數(shù)據(jù)。

同時，ICL7135芯片的選通信號（STROBE）、忙信號（BUSY）和D1（LSD）～D5（MSD）五位數(shù)字驅(qū)動信號以及B1、B2、B4、B8四位BCD碼可以送入串行接口，與計算機相連，即時存儲及處理數(shù)據(jù)。

本毫伏毫歐表精度為四位半，因此有五位讀數(shù)，精確到小數(shù)點后一位。采用并行LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示電路（共陰極）驅(qū)動數(shù)碼管。

2.2.3整流與穩(wěn)壓源部分

整流與穩(wěn)壓源部分為A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135提供+5V和-5V的參考電壓。原理圖如圖4所示。

圖4 整流與穩(wěn)壓源原理圖

通過變壓器，220V交流電調(diào)整為10V交流電，經(jīng)過橋式整流，供給穩(wěn)壓源。+10V供給MC7805，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換輸出+5V；-10V供給MC7905，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換輸出-5V。

3. 硬件系統(tǒng)與PC機接口

本文采用RS232協(xié)議并通過uP51C單片機學習板來實現(xiàn)串口通信，單片機核心部分為AT89S51。

計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。

RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。

AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元[6]。

3.1 uP51C單片機介紹

uP51C單片機的主要特點有：RS232 串行接口；可用下載線對AT89S5x單片機編程；采用USB供電；全部資源都引出的多功能擴展接口；所有的資源全部都可以使用跳線選擇，方便明了；主芯片安裝位留有足夠位置，既可以安裝芯片插座，也可以安裝ZIF 插座（配合下載線即可將該板作為編程器用）。

uP51C單片機核心部分AT89S51管腳圖見圖5所示。

圖5 AT89S51管腳圖

ICL7135的STROBE與P3.2口連接，低電平觸發(fā)，BUSY 接到P2.0口，4個BCD信號分別接到P1.0 、P1.1、 P1.2、 P1.3，4個位選信號分別接到P1.4 、P1.5、 P1.6、P1.7 ，單片機與毫伏表共地。

3.2 傳輸數(shù)據(jù)的自定義格式

計算機一個字節(jié)只有8位，而我們需要傳輸?shù)挠行皇?位：4個BCD 碼和5個位選信號，為此我們通過軟件編碼，將5個位選信號轉(zhuǎn)化為4個BCD碼，放在被傳輸字節(jié)的高4位，低4位用來存放顯示的數(shù)值。

5個位選信號轉(zhuǎn)化成4個BCD碼的真值表見表1。

表1 5個位選信號與BCD碼對應關(guān)系

4. PC機軟件開發(fā)

本文采用VB6.0來實現(xiàn)PC機界面的軟件編程。Visual Basic 的串行通信對象是將RS232 的低級操作予以封裝，用戶以高級的BASIC語法即可以利用232與外界通信[7]。軟件編程流程圖見圖6。

圖6 軟件編程流程圖

5.對研制的本系統(tǒng)進行測試

對研制出的本系統(tǒng)進行實際接觸電阻測試，測試結(jié)果見圖7。（被測樣片為經(jīng)過SO2腐蝕后的純銅樣片）

圖7 實際接觸電阻測試

根據(jù)圖片分析，腐蝕后的銅片經(jīng)過一定周期的微動過程將SO2腐蝕膜層磨去，并且一直保持在幾個毫歐，結(jié)合電接觸理論的一些過往的結(jié)果[8]，可以認為這次的測試結(jié)果是正確的，測試系統(tǒng)可以完成一定精度的測試任務。

6.結(jié)論

本文主要詳述了接觸電阻測量系統(tǒng)，包括硬件部分、接口部分和PC機軟件編程部分。實現(xiàn)了對接觸電阻的實時測量以及數(shù)據(jù)的記錄和后期處理，并對系統(tǒng)進行了實際測試，驗證了其可行性，為研究連接器的接觸性能提供了很好的工具。