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标题: 高精度直流微电阻测试仪的研究与开发-----硬件系统设计（二） [打印本页]

作者: porereading 时间: 2013-2-18 16:15 标题: 高精度直流微电阻测试仪的研究与开发-----硬件系统设计（二）

数据转换部分设计
A/D转换接口是数据采集系统前向通道中的一个重要环节。数据采集是在模拟信号源中采集信号，并将其转换为数字信号送入单片机的过程。

前向通道中，被测物理量经传感器转换成电信号，而每一种传感器都有与其配套的接口电路，接口电路再将这一电信号转换成电压信号。多路转换开关用来完成多路模拟信号的切换，信号调节则是将模拟微弱信号转换成能满足A/D转换器需要的电平信号。为了减少无能动态数据采集的孔径误差，需要加入采样/保持电路。因此，数据采集电路的设计不仅仅限于是单纯A/D转换芯片的接口设计，还必须综合考虑传感器到CPU的全过程。

A/D转换器是前向通道中的一个环节，并不是所有的前向通道中都必须配备A/D转换器；只有模拟量输入通道，并且输入计算机接口不是频率量而是数字码时，才用到A/D转换器。因此，在确定A/D转换器时，应遵循下述原则：

（1）根据前向通道的总误差，选择A/D转换器的精度和分辨率。此时，应将综合精度在各个环节上进行再分配，以确定对A/D转换器的精度要求；
（2）根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换速度，以保证系统的实时性要求。为减少孔径误差，若对变化速度非常快的信号进行A/D转换，可考虑加入采样/保持电路；
（3）根据环境条件选择A/D转换器的一些环境参数要求，如工作温度、功耗、可靠性等级等性能；
（4）根据计算机接口特征，考虑选择A/D转换器的输出状态，例如，A/D转换器是并行输出还是串行输出，是二进制码还是BCD码；是用外部时钟、内部时钟还是不用时钟；有无转换结束状态标志；与TTL、cMOS及EcL电路的兼容性等；
（5）还要考虑到芯片的成本、货源是否是主流芯片等诸多因素.电路的测量准确度与放大器以及A/D转换器的精确度、温漂有密切关系。因此，各部分都尽量采用精密和低温漂元器件，同时放大器以及A/D转换器都必须采用精密电位器进行调整。本测试仪的A/D转换电路就是采用上述原则来设计的。

高精度的A/D器件是实现高精度测量的前提。本系统采用ADs7805芯片进行数据的A/D转换。ADs78os精度高、抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛，如图3.6. ADs7805是16位单片A/D转换器，28脚DIP封装，其主要性能特点为：a.输入阻抗达10兆欧以上，对被测电路几乎没有影响，b.自动校零，c.有精确的差分输入电路，d.自动判别信号极性，e.有超、欠压输出信号，f.采用位扫描与BCD码输出。

分辨率计算：仪器的最小分辨率是由A/D转换器的位数决定的，因为电压范围为：0一+sv，在最小档位时，5v对应2m.，而16位的A/D转换器为：2‘6=65536，则仪器能达到的分辨率为：ZlnO、1/2’6=3.05、10一劝，因此，最低分辨率能达到10u欧.

对于A/D芯片ADS7805来说，能够有效的控制其本身的误差是本电路选用这种芯片的一个重要的原因。A/D转换器的一个问题是零点漂移，ADS78O5可以使零点漂移的影响最小化这种转换器有一个附加的将输入短接的循环，从而使得我们能够进行必要的校正。在本电路中，对于A/D转换器误差消除的另一个方法是采用自校零功能。转换过程分为四个循环，在第一个循环里，先将输入短接，将电阻代替电容接入电路，电容充电至补偿电压，在第二个循环里，电容上的电压被自动减去，从而实现零点校正。在附加的第四个循环里，电容被短接来对充电电压放电。

综上所述，对于A/D转换芯片的误差抑制的方法是输入短接的循环和自校零功能的实现。

主控部件设计
主控部件整体设计
主控部分的功能有：数据采集、数据处理、放大倍数选择、量程切换判断、显示、通讯等。单片机具有关闭显示模块显示的功能，以免数码管在数据传输过程中显示乱码。数据采集部分经ADS7805芯片进行数据的A/D转换后，从本系统的并行扩展口8155的PA口读入，8155的ADO一AD7和单片机89E58的PO口相连接，当89E58的片选使能并且读信号有效时8155中的数据就被读入到单片机89E58中。程序再根据当前的量程，放大倍数等参数计算出被测量的电阻值。这些实时的测量结果数据经过LED显示模块被显示出来，用户就可以根据LED上显示的数据来及时获得正在被测试的微电阻的电阻值。另外，当主控芯片89E58计算得到电阻值后，它会把这些值保存到EEPRoMAT28c64中，AT28c64采用一片非易失性静态存储器（NASRAM）作为数据存储器。它具有静态存储器的优点，同时具有非易失性的特点。存储芯片在掉电的情况下，能够正确无误地保存所有数据，并且能长时间地保存这些数据。这些特性很好地满足了本系统这样数据量小并且要求可靠性高的应用。本系统中的另一片并行扩展口82C55，它通过自身的DO一D7与CPU89Es8的PO口连接。CPu可以通过PO口来控制82C55的PA，PB，PC口的输出状态。本系统的量程放大电路放大倍数的控制及其它一些模块的控制信号都是由82C55提供。

主控部件中的74LS373被用来作为地址锁存器，它的输入端1D一8D接至单片机的P0口，输出端IQ一8Q提供的是低8位地址，G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE.此时锁存使能端G为高电平时，输出IQ一SQ状态与输入端D1一D8状态相同；当G发生负的跳变时，输入端ID一8D数据锁入IQ一SQ.89E58单片机的ALE信号可以直接与74LS3“的C连接。

主控部件中还有一个74LS138，它是一个3一8译码器。它的A、B、C与单片机89E58的P2.5一P2.7相连接。根据这三根的状态74Ls138产生不同的片选信号来选中对应的芯片。

本仪器的特点是用电位器和量程切换开关。根据人工的初步判断，进行量程切换。量程切换后需要完成以下2项工作：首先是切换精密放大器的放大倍率，随后是调整小数点的位置。

并口芯片的使用
在本系统中使用了用于并行输入/输出扩展的器件8155和82c55芯片。

8155的PA口和PC口被用来读取ADs7805A/D转换口的模拟数据转换结果，并用扩展出来的口对A/D芯片进行一些控制。82c55的输出口经过直接或经过74Ls06反向后控制放大电路和一些其它的外围电路。

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