基于ADU0848的数字微欧计设计辊刷

基于ADU0848的数字微欧计设计

基于ADU0848的数字微欧计设计 2012年07月31日 摘 要：针对传统徼欧计存在的体积大、元器件多、功耗大、测量范围窄的弊端，利用ADUC848，通过系统硬件和软件的设计，开发一种轻型微欧计，该微欧计准确度为0．2％，分辨率1μΩ，测案范喇0Ω～32kΩ。 微欧计用于测量各种电动机、变压器等绕阻，电缆导线电阻及开关插座触点的接触电阻。传统的微欧计体积大、元器件多、功耗大、测量范闱窄。ADUC848是ADl公刊新推出的嵌有单指令周期8052闪存MCU，带有16位A一∑A／D，12位D／A以及灵活脉宽调制输出的高性能l6位数据采集与处理系统芯片，改芯片的数据处理速度达l2MIPS，并且具有设计简单，噪声低，非常适用于高精度仪器仪表的优势。本设计利用ADUC848自带的外围设计一款准确度为0．2％，分辨率为lμΩ，测量范围为0Ω～32kΩ的轻型微欧计。与传统微欧计最大测量电阻一般为2KΩ相比，量程大了许多；体积(180cm×120cm×V,Scm)比传统的小了近一半；与传统的数码管显示，多组电源工作的微欧计相比，本设计具有元器件数量少、待机功耗小于1W的优点。一、系统硬件设计 传统的微欧计采用只通过对被测电阻上的电压的测量，将测量值直接换算成电阻值显示，不能有效地抵消冈恒流源引起的误差。而本仪器山ADUC848控制一个恒流电路，产生的恒流I流过被测小电阻Rx，和墓准电阻Rl，产生测量信号Ux，参考信号比UL则I(恒流）=参考信号/基准电阻Rx（小电阻）=（测量信号/参考信号）*基准电阻 测量采用四线采样方法，能有效地减少引线电阻和接触电阻影响。山CPU读取Ux、UL的全差分信号，经数据处理，显示、打印测量结果Rx，并判断执行调节测量信号增益放大器的倍率及调节恒流源输出大小，系统硬件框图见图1所示。Ux、UL的同步测量，可以有效抵消仪器系统误差。1．按键、打印、显示模块背光调节山ADUC848白带脉宽调制器(pwm)在P2.6／pwml产生固定频率为l50Hz 占空比变化的脉冲波，驱动ΩMl求实现背光变化，共有四档可选。启停键接在P3．3／INTl上，测量过程允许INTl中断，利用中断求实现快速响府停止测量的要求，能即时关断输出电流。打印机为串口热敏打印机，有引线少的特点。利用ADUC848的UART串口和白带高速波特率发生器，设置波特率为9600BPS。显示器用T6936—120×64的中文图形液晶显示屏，并口总线驱动，实时显示电阻、电流、测量时间。P2．1为片选，P2．0为数据与命令选择。这些功能的增加弥补了以往传统微欧计所采用的数码管显示方式对人机对话造成诸多不便的不足，方便了用户。2．恒流控制 传统的微欧计多采用模拟开火分压的方法来设置恒流模块的基准电压，使用的元件多且源隔离电路复杂。而本设计利用ADUC848内。12位电压输出的DAC作为恒压模块的基准电压减少了元件的使用。选取DAC内基准电压2．5V避开它的非线区O～100mV和2．4～2．5V，在DAC脚输出线性电压Udac。配合硬件U1、R1、RL1、RL2：R21、R20、继电器S1、Q3构成高精度连续可调线恒流源电路。U1是斩波稳零式高精度运算放大ICL7650，具有高增益、高共模抑制比、失调小漂移低等特点。Q3是N沟道功率MOS场效应管IRFl50.RL1、RL2、R21、R20是高精密电阻，(RL1+RL2)。512：1,且RL1、RL2都是大功率电阻。 根据测量电阻Rx的大小，由P2．0控制继电器S1动作和DAC输出Udac值调节恒流输出。恒流源与ADUC848 工作电压VDD是同一电源，满足ADUC848全差分信号输入条件。电流输出共有6档，分别为1．28A、160mA、20mA、2．5mA、3 12．5μA、40 μ A，测量电阻范刖分别为0～1 Ω、1～8Ω、8～64 Ω、64～512 Ω、5 12～4096 Ω、4．096k～32k Ω。图 3为恒流采样原理图。3.电阻测量模块

ADUC848内有8个模拟输入通道，一个可编程模拟多路选择器(MUX)， 一个16位▲一∑ADC，一个片内可编程增益放大器和一个用于测量宽动态范围的低频信号数字滤波器，ADC转换速度达到1．37KSPS。它可以设置为4通道全差分输入通道或8个伪差分输入通道，主通道具有缓冲器和内部缓冲禁止功能，可实现16位无失码的优良性能。全差分输入意味可使用简单电路，就能得到精确的测量值且意味着该电路可处理较高内阻的低频信号源。本仪器设为Pl．0／AINl与Pl．I／AIN2，P1．2／AIN3与Pl．3／AIN4，Pl．4／AIN4与Pl．5／AIN5构成三组差分输入通道，ADC基准电压选内基准电压1．25V，陷波截止频率为5．35Hz，开缓冲器，单极性测量方式。差分信号Ux、UL1、UL2。分别经低频率滤波处理后接入差分通道。 当S1常闭时，选UL1为参考电压UL；当S1常开时，选UL2为参考电压U1。 全差分输入测量方式，简化了传统前端信号理的所需电路，减少工作电源，降低因电路引起的噪声干扰.二、软件设计

ADUC848是一个8位MCU和程序／数据闪速／电擦除存储器。同时可提供62k字节的闪速／电擦除程序存储器，4k字节闪速／电擦除数据存储器和2304字节的数据RAM。ADUC848还具有方便地通过标准UART串行口在线下载程序代码(无需外部硬件)和高速用户下载(5秒)功能。这些功能为软件调试和升级提供了很大空间。

校准软件：增加了系统的零偏，满度校准功能，并将校准值存储于闪速／电擦除数据存储器中。这些修正值修正了硬件引起的误差，增强了系统准确度。 测量数据处理软件：读ADC转化结果，调节可编程增益放大器，提高模数转化分辨率，增加了算术平均滤波法和递推平均滤波法平滑测量数据，增强了系统稳定性。 调节电流输出软件：当Ux电压值超过基准电压上限，CPU将控制小电流输出；当Ux电压值低于基准电压下限，CPU将控制大电流输出。保证Ux电压值范豳在160mV～1．28V之问，增强了系统线性度。 本仪器通过通过片内可编程锁相环PLL设定，将外品振32．768kHz时钟锁住为系统工作时钟786．432kHz。进入测量时，启动看门狗和时钟间隔计数器TIC进行计时并显示测量运行时问。看门狗设定时问为l．5秒，时钟间隔计数器TIC设定时间为1秒。

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