單片機(jī)和AD的高精度電阻測(cè)試儀

1、單片機(jī)和 AD574的高精度電阻測(cè)試儀作者：日期：2電子測(cè)試電子科技ELECTRONIC TEST電子行業(yè)發(fā)展迅速，作為最基本的電路元件之一的電阻，在電子系統(tǒng)中的需求量不斷加大。在電子儀表中，需要精密的電阻來提高儀表的精度，對(duì)于普通的電子儀表的公司而言，需要既快捷又能保證精度的電阻測(cè)試儀，在電子電路的設(shè)計(jì)中，往往需要便捷的測(cè)出電阻值的阻值，因此，設(shè)計(jì)一個(gè)不僅安全性和可靠性高，而且簡(jiǎn)易實(shí)用的高精度電阻測(cè)量?jī)x具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。利用單片機(jī)作為控制核心的智能儀器儀表應(yīng)用廣泛，其具有可靠性高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn)，使得測(cè)量?jī)x表更加數(shù)字化、智能化和微型化。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由單片機(jī) STC89C54RD

2、 控制，將被測(cè)電阻通過測(cè)量電路，將電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉碗娏鞯淖兓徒o模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，并將得到的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)，通過軟件設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)電阻阻值的判斷測(cè)量，最后通過顯示電路將被測(cè)電阻顯示出來，同時(shí)通過軟件設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)篩選的功能，系統(tǒng)框圖如圖1 所示。圖 1 系統(tǒng)組成框圖2 硬件設(shè)計(jì)2.1 恒流源測(cè)電壓法采用 OP07 構(gòu)成的雙運(yùn)放恒流源電路，利用流過被測(cè)電阻Rx的電流恒定，則通過測(cè)量Rx 兩端的電壓值來算出Rx 的電阻值，在測(cè)量小電阻（ 100-100k ）時(shí)可以有很高的精度。2.2 恒壓源測(cè)電流法采用恒流源測(cè)電壓的方法測(cè)大電阻（100k-10M ）時(shí)流過電阻的電流很小，輸出

3、電壓較小，A/D難以對(duì)其采樣轉(zhuǎn)換，同時(shí)存在較大的誤差，所以這種加壓測(cè)電流的方法在測(cè)大電阻時(shí)是行不通的。因此采用恒壓源測(cè)電流的方法，其設(shè)計(jì)電路圖如圖2 所示?；?STC89C54RD 單片機(jī)和 AD574的高精度電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)劉艷云，付華良（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇常州213164）摘要：本文給出了一種以STC89C54RD 為控制核心的高精度自動(dòng)電阻測(cè)試儀的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)量程為 10 到 10M ，具有自動(dòng)切換量程和自動(dòng)篩選的功能。采用恒流測(cè)壓以及恒壓測(cè)流相結(jié)合的方法，同時(shí)采用高精度運(yùn)放OP07 及精密電阻確保測(cè)試電路測(cè)量的精度。為了避免高阻測(cè)試時(shí)的工頻干擾，采用12 位的高速

4、 AD574進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，既保證測(cè)量速度又達(dá)到了數(shù)字濾波的效果。此外，本文還闡述了整個(gè)系統(tǒng)的誤差來源以及減少誤差、提高精度的辦法。關(guān)鍵詞：電阻測(cè)試； AD574；高精度；誤差分析中圖分類號(hào)： TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： AThe design of high-precision resistance tester based STC89C54RD microcontroller and AD574Liu Yanyun ， Fu Hualiang（ Chang Zhou Texitle and Garment Institute ， Department of Mechanical and El

5、ectrical Engineering ，Abstract ： This paper presents the design of STC89C54RD as the control core high-precision resistancetester，the system range from 10 to 10M ， with autoranging and AutoFilter function.Using a combinationof methods the constant current manometry as well as the constant pressure f

6、low measurement ， while usinghigh-precision operational amplifier OP07 and precision resistors to ensure the accuracy of the test circuit measurements.In order to avoid the high impedance test frequency interference ，12-bit high-speedthe AD574 analog-to-digital conversion ， both to ensure measuremen

7、t speed and reach of digital filteringeffect.Additionally ，this article describes the sources of error of the entire system and reduceerrors，improve the accuracy of the approach.Keywords： resistance test ； AD574； high precision； Error Analysis被測(cè)電阻測(cè)量電路A/D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)顯示電路·46·電子測(cè)試圖 2 恒壓源測(cè)電流電路2.3 12

8、 位 A/D轉(zhuǎn)換接口電路整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度的提高以及測(cè)量速度的提升，還取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 AD574 是一種經(jīng)典的 12 位高速逐次比較型 A/D ，內(nèi)置雙極性轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成的混合集成芯片，具外接元件少，功耗低，精度高，具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容元件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換電路。AD574 的非線性誤差小于 1/2LSB ，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 35us，適合于轉(zhuǎn)換速率小于 30kB/s 的應(yīng)用領(lǐng)域。 AD574 的輸入控制信號(hào)有CE， CS，R/C ， A0 ，及 12/8，控制信號(hào)與其對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)如表1所示，其與單片機(jī)的接口電路如圖3 所示。表 1 AD

9、574 狀態(tài)位控制CE CS R/C 12/8 A0工作狀態(tài)0XXXX禁止X1XXX禁止100X0按 12位啟動(dòng)轉(zhuǎn)換100X1按 8位啟動(dòng)轉(zhuǎn)換1 0 1接 5v X 12 位并行輸出有效1 0 1接 0v 0高 8位并行輸出有效1 0 1接 0v 1低 4位并行輸出有效圖 3 AD574 與單片機(jī)的接口電路圖3 軟件設(shè)計(jì)本電路中STC89C54RD 單片機(jī)控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)測(cè)量電阻電路的檔位切換。被測(cè)電阻所測(cè)的電壓送到A/D轉(zhuǎn)換器AD574 （數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換，電壓和電阻的值相等）A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到單片機(jī)中進(jìn)行處理，最后進(jìn)行顯示，其流程圖如圖4 所示。自動(dòng)篩選程序首先判斷單片機(jī)是否有鍵按下

10、，當(dāng)有鍵按下時(shí)，進(jìn)入篩選，否則進(jìn)入測(cè)量電路，采集A/D模塊輸出的數(shù)值量，進(jìn)行處理，并將處理數(shù)值顯示。4 誤差分析4.1 系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因（ 1）集成運(yùn)放的非理想產(chǎn)生誤差；（ 2） A/D 轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的誤差；（ 3）電場(chǎng)的干擾等。4.2 減少誤差提高精度的主要方法（1）設(shè)置四檔量程，但在同一量程中，去AD的電壓范圍也在滿幅度到1/10 滿幅度之間，采用12 位 AD轉(zhuǎn)換時(shí)，在1/10 滿幅度（ 1V ）以下時(shí)，精度不夠，現(xiàn)采用AD過采樣的方法提高精度，每次測(cè)試時(shí)，進(jìn)行多次AD轉(zhuǎn)換（ 200 次）后取平均值；（ 2）高阻測(cè)試時(shí)，工頻干擾將影響測(cè)量，采用在一個(gè)工頻正弦周期里進(jìn)行多次（ 200 次

11、） AD 轉(zhuǎn)換，可以使數(shù)字濾波的效果最佳；（ 3）低阻測(cè)試時(shí)，導(dǎo)線電阻及繼電器和探頭的接觸電阻不可忽視，在測(cè)試時(shí)采用“四線制” ，消去了相應(yīng)的誤差；（ 4）工藝要求，為了保證電阻測(cè)試儀的高精度，在工藝上的要求也至關(guān)重要，首先電源必須經(jīng)過去耦濾波，地線盡量保證足夠的線粗，并盡可能短；其次運(yùn)放的電阻選擇必須要注意“配對(duì)” ，即需要從大量的電阻中進(jìn)行篩選；再次，量程電阻要采用千分之一以上的精密電阻，最后運(yùn)放須選擇高精度運(yùn)放OP07。5 結(jié)論通過 STC89C54RD單片機(jī)對(duì)繼電器的通斷的控制進(jìn)行對(duì)測(cè)量電阻的量程切換，小電阻采用雙高精密運(yùn)放OP07 組成恒流源測(cè)量電壓，大電阻的測(cè)量是通過恒壓源測(cè)量電流來實(shí)現(xiàn)，將測(cè)到的電壓或電流送入到12 位串行 AD574 電路，實(shí)現(xiàn)模擬量的采集，通過 STC89C54RD單片機(jī)以及鍵盤顯示電路實(shí)現(xiàn)了整個(gè)電路的控制。整個(gè)電路的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練，輸出的電壓穩(wěn)定。但整個(gè)系統(tǒng)偏重于軟件設(shè)計(jì)， A/D轉(zhuǎn)換對(duì)不同量程的電阻輸出電壓的轉(zhuǎn)換算法不同， A/D轉(zhuǎn)換的算法誤差，是系統(tǒng)測(cè)試誤差的主要來源。要不斷調(diào)整 A/D轉(zhuǎn)換的算法，從而不斷提高測(cè)試精度。參考文獻(xiàn)1 劉筠筠，張軍，趙明冬 . 基于 STC89C52 單片機(jī)