的小电流，利用恒流源电路实现的话，电路稳定性与测量精度很难达到要求，故本设计采用简单的电阻分压法实现。
2．自动量程转换与电阻筛选功能
（1）自动量程转换
单片机首先采集100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ和10MΩ五个阻值电阻R/U转换后的电压值，作为不同档位切换的基准电压，进行电阻测量时，首先采用10MΩ档位对待测电阻进行预测，估计待测电阻值的大小，然后切换到相应档位，如果检测到电压值超过该档位基准电压，则控制继电器自动切换到高一档位。 （2）电阻筛选功能
首先利用键盘输入待筛选的电阻值和误差值，然后逐个测试待筛选电阻，对满足要求的电阻，利用液晶显示给出“合格”提示，对不满足要求的电阻给出“不合格”提示。 3.电位器阻值变化曲线装置
旋转式单圈电位器驱动装置采用步进电机驱动，根据全程测量时间设置步进电机的转速，使全程测量时间为5 秒左右，利用红外对管进行限位，当电位器转到最大值时停止步进电机转动，防止损坏电位器；设定步进电机的细分数为2，累计十个脉冲对应旋转90，每旋转90设为一个测试点，设定的测量点的个数为20个左右，利用电阻测试电路测试对应角度的电阻值，利用液晶显示器显示电位器阻值随旋转角度变化曲线。辅助装置连接的示意图如图 5 所示。
图5 电位器阻值变化曲线测试装置示意图
三、电路设计与程序设计
1．电路设计
（1）100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ四档R/U电路设计
电阻的测量转换电路如图6所示，采用TL431恒压模块和运放OP07构成的四级恒流源，根据测试电阻的大小，利用继电器实现量程自动切换。在图5电路中，调TL431使A点电压恒等于2.5V，分析电路可知，B点和C点电压在C点接负载的情况下恒等于A点电压2.5V。因此在B点和C点间接不同的电阻可得到不同的电流源，本设计B点和C点间电阻R11、R12、R13、R14取值分别为100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ，利用单片机控制继电器，可以分别得到25mA、2.5 mA、250 uA、25uA的恒流源，实现对100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ四档量程不同电阻R/U转换，利用由OP07构成的跟随器提供缓冲，将转换后的电压提供给A/D转换器。
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图6 100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ四档R/U电路
（2）10MΩ档R/U电路设计
考虑10MΩ电阻较大，采用恒流源电路实现R/U转换需要uA级的小电流，利用恒流源电路实现的话，电路稳定性与测量精度很难达到要求，故本设计采用简单的电阻分压法实现，电路如图7所示。
（3）12V /5V电压转换电路
本设计电源采用±12V开关电源，5V电源采用了由7805构成的12V /5V电压转换电路，如图8所示。
图7 10MΩ档R/U电路 图8 12V /5V电压转换电路
（4）键盘设计
本设计采用4×4矩阵式键盘，设有0~9十个数字键、小数点键，用于输入待筛选电阻值、筛选误差值，设有基本电阻测量、电阻筛选、电位器测量3个功能键以及确定键、返回键共16个按键。
（5）整体电路设计
系统整体电路图见附录1。本系统包括主控单元、电阻电压转换模块、A/D转换模块、矩阵键盘模块、电位器自动测量单元、液晶显示单元等部分组成。
2.程序设计
主程序流程见附录2。
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四、测试方案与测试结果
1．测试方案及测试条件
(1)测试仪表：自制简易电阻测试仪、直流电桥、五位半过程仪表校验仪、可变电阻箱 (2)测试方法：
①基本电阻测量功能测试：测量准确度计算公式如下： 要求的测量准确度＝±（1%读数＋2 字）＝±（1%×直流电桥测量值＋0.02）Ω (4.1) 实际测量准确度＝±（直流电桥测量值－电阻测试仪测量值）Ω (4.2) 我们在100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ和10MΩ五个档位，每个档位随机抽取5个电阻，共抽取待测电阻25个，分别用直流电桥和我们自制的电阻测试仪进行测量，记录测试结果并进行误差的分析，测量结果记录如表4.1所示。
测量档位 标称值 1? 10? 表4.1基本电阻测量功能测试 直流电桥测量值 电阻测试仪测量值 要求的测量准确度 实际的测量准确度 0. 998? 9.943? 46.81? 49.99? 91.01? 119.9? 199.9? 468.1? 509.8? 919.0? 1.196K? 1.998K? 4.681K? 5.100K? 9.102K? 11.96K? 19.99K? 46.82K? 50.99K? 91.96K? 199.9K? 511.1K? 0.999M? 4.998M? 9.992M? 1.02? 10.0? 47.2? 49.6? 91.7? 121? 198? 471? 506? 911? 1.19K? 2.01K? 4.64K? 5.14K? 9.13K? 12.0K? 19.8K? 47.2K? 50.6K? 91.7K? 201K? 508K? 0.974M? 4.95M? 9.98M? 0.03? 0.12? 0.489? 0.52? 0.99? 1.22? 2.02? 4.70? 5.12? 9.81? 0.01K? 0.02 K? 0.04K? 0.05K? 0.09K? 0.11K? 0.19K? 0.47K? 0.51K? 0.98K? 2.02K? 5.13K? 0.03M? 0.07M? 0.12M? 0.022 ? 0.057 ? 0.39 ? -0.39 ? 0.69 ? 1.1 ? -1.9 ? 2.9 ? -3.8 ? -8 ? -0.006 K? 0.012 K? -0.041 K? 0.040 K? -0.072 K? 0.040 K? -0.190 K? 0.380 K? -0.390 K? -0.260 K? 1.1K? 3.1K? 0.025M? 0.048M? 0.012M? 100 ? 47? 50? 91? 120? 200? 1K? 470? 510? 910? 1.2K? 2K? 10 K? 4.7K? 5.1K? 9.1K? 12K? 20K? 100 K? 47K? 51K? 91K? 200K? 511K? 10M? 1M? 5M? 10M? ②电阻自动筛选功能测试：利用可变电阻箱在40Ω～60Ω之间随机抽取10个不同阻值电阻作为筛选对象，通过按键输入待选电阻值和误差范围，利用测试仪进行筛选，测试结果达到了设计要求。具体筛选测试过程记录见表4.2所示。
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表4.2电阻自动筛选功能测试记录 要求的电阻值 筛选电阻误差 待选电阻值标称值 40? 40.5? 49.7? 49,8? 50? 50.2? 50.3? 50.5? 50.7? 60? 筛选结果显示 不合格 不合格 合格 合格 合格 合格 合格 不合格 不合格 不合格 50Ω ±0.3Ω ③4.7 KΩ单圈电位器阻值—角度变化曲线（R-θ曲线）测试：采用按键启动步进电机，进行全程测量，利用单片机进行计时，利用液晶显示测试曲线和单圈测试时间，R-θ曲线如8所示。
图11 电位器阻值—角度变化曲线
2．测试结果分析
通过以上测试分析，本设计能够完成Ω~MΩ级范围所有电阻的测量，并能实现100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ和10MΩ五个档位量程的自动切换，具有电阻的自动筛选和单圈电位器R-θ曲线的自动测量和显示功能，经过与直流电桥测试值比对分析，本测试仪测量准确度超过了题目的要求。
五、设计小结
经过小组成员的努力，我们顺利完成了本次的设计任务，达到了预期的目的，所设计的书写显示屏经过测试，各项测试指标均达到了要求。通过这次竞赛，我们在硬件设计、软件编程方面得到了极大的提高。同时我们小组的三个成员团结一心，通力合作，体现了很好的团队合作精神，为以后走向工作岗位积累了不可多得的经验。
参考文献
[1] 张军. AVR单片机应用系统开发典型实例.中国电力出版社，2005年 [2] 曹建平. 智能化仪器原理及应用.西安电子科技大学出版社.2004年 [3] 周立功等。ARM嵌入式软件开发实例。北京航空航天大学出版社，2004 [4] 周立功等。ARM嵌入式系统基础教程。北京航空航天大学出版社，2004 [5] 纪宗南。单片机外围器件实用手册。北京航空航天大学出版社，1998。
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附录1：整体电路图
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