備戰電賽小技能 - 如何用單片機的ADC測量電壓、電流、電阻和電容？

硬禾學堂|Hard grace|

2022-03-18 02:46:51 15

電賽中很多題目都是與電氣參數測量有關的，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、穩定可靠地進行測量。

說“多用表”，其實就是主要的4個參數的測量 - 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，數據的處理和顯示都在其它板子上，用的是MCU內部的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資料的同學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。

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

借此機會你也可以了解一下國產器件的發展現狀。

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。

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

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。

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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。

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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，因此加了一個開關控制網絡，通過數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作為開關來切換使用不同阻值的參考電阻。

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電容的測量 - 在這里使用了一個555精確定時器 + 頻率/電壓轉換器。555定時器被設計為振蕩頻率為585Hz，50%占空比的非穩態多諧振蕩器。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。

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