一種高精度電阻測量儀系統設計
3.3 數據采集電路
如圖7所示,待測電阻上的電壓由四端法輸入,經過程控放大電路和程控濾波電路后輸入A/D采樣。由單片機控制開關,使反饋支路的電阻值不同而分別產生1倍、2.5倍和5倍的電壓放大倍數,并配合A/D內部可編程增益放大器PGA提供1~8倍的增益,使每一檔的A/D輸入電壓值保持在0~2 V的范圍內。本文引用地址:http://www.j9360.com/article/193809.htm
因為A/D可選觸發工作方式包括連續采樣和外部觸發采樣兩種方式。為了保證采用外部觸發方式時不產生混疊,也為了進一步提高測量的抗干擾能力,在采樣之前,加入了可選濾波電路。
4 系統軟件設計
電阻儀從功能模塊上共分為測量值顯示、功能模式設置與上位機通信三大模塊。其中,測量模式設置又包含自動/手動量程模式設置、清零、電流模式設置、速度模式設置、比較器設置。
系統軟件程序分為單片機程序和上位機程序。單片機程序負責控制電路、讀取A/D值并計算電阻值,所用型號為STC11F32XE,采用C語言進行編程。上位機程序負責與電阻測量儀通信和處理數據,采用C++語言編程。
(1)單片機程序主流程。單片機程序的主流程如圖8所示,單片機上電后需初始化,包括初始化各控制引腳,讀取E2PROM中的系數值與顯示數據,初始化PT6311,調整至默認測量模式。初始化后,主循環查詢是否有按鍵按下。無鍵按下,則判斷當前模式,跟據測量模式、清零模式、比較器模式的不同狀態執行相應子程序,將結果轉化為顯示代碼后寫入顯示驅動芯片PT6311后顯示;若有鍵按下,則根據按鍵號執行相應的功能函數,設置測量模式后再執行相應功能。
(2)上位機軟件設計。除了VFD顯示,還可以通過RS 232串口由PC機采集數據。用戶可自行設置采樣間隔和是否存盤,采集得數據以TXT文件形式保存,以方便用戶進一步分析。軟件采用多線程操作的方式,在兩個不同的線程中處理數據讀取與數據處理,通過事件同步。
5 測量結果
將電阻測量儀與PC機相連,對1 Ω標準電阻長時間測量采集數據,并進行分析。分析結果如圖9所示:測量值穩定在0.997 8~0.998 0 Ω之間,精度達到0.2%,上下跳動字數為1。
對1 MΩ標準電阻進行測量,結果如圖10所示。測量值穩定在0.996 MΩ,精度達到0.4%,跳動字數為1。
6 結論
該測量儀以單片機為核心,采用C及C++語言開發程序,通過高精度穩壓源電路、四端測量法、有效的抗干擾設計,實現了大量程的高精度電阻測量。實際測試結果證明,測試速度在15次/s時,測量精度達到0.5%,讀數跳動在3字以下。
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