测量测试 > 测试测量应用 > 详情

基于单片机和AD574的高电阻测试仪的设计

发布时间:2023-12-20 发布时间:
|

  引言

  电子行业发展迅速,作为基本的电路元件之一的电阻,在电子系统中的需求量不断加大。在电子仪表中,需要精密的电阻来提高仪表的精度,对于普通的电子仪表的公司而言,需要既快捷又能保证精度的电阻测试仪,在电子电路的设计中,往往需要便捷的测出电阻值的阻值,因此,设计一个不仅安全性和可靠性高,而且简易实用的高精度电阻测量仪具有很大的现实意义。

  1、系统设计

  本系统由单片机STC89C54RD控制,将被测电阻通过测量电路,将电阻的变化转变为电压和电流的变化送给模数转换器进行A/D转换,并将得到的数字信号送给单片机,通过软件设计能够实现电阻阻值的判断测量,通过显示电路将被测电阻显示出来,同时通过软件设计能够实现自动筛选的功能,系统如图1所示。

  基于单片机和AD574的高精度电阻测试仪的设计

  图1  系统组成框图

  2、硬件设计

  2.1、恒流源测电压法

  采用OP07构成的双运放,利用流过被测电阻Rx的电流恒定,则通过测量Rx两端的电压值来算出Rx的电阻值,在测量小电阻(100-100kΩ)时可以有很高的精度。

  2.2、恒压源测电流法

  采用恒流源测电压的方法测大电阻(100k-10MΩ)时流过电阻的电流很小,输出电压较小,A/D难以对其采样转换,同时存在较大的误差,所以这种加压测电流的方法在测大电阻时是行不通的。因此采用恒压源测电流的方法,其设计电路图如图2所示。

  基于单片机和AD574的高精度电阻测试仪的设计

  图2恒压源测电流电路

  2.3、12位A/D转换接口电路

  整个系统的测量精度的提高以及测量速度的提升,还取决于模数转换电路,模数转换芯片AD574是一种经典的12位高速逐次比较型A/D,内置双极性转换电路构成的混合集成芯片,具外接元件少,功耗低,精度高,具有自动校零和自动极性转换功能,只需外接少量的阻容元件即可构成一个完整的A/D转换电路。

  AD574的非线性误差小于1/2LSB,转换时间为35us,适合于转换速率小于30kB/s的应用领域。AD574的输入控制信号有CE,CS,R/C,A0,及12/8,控制信号与其对应的工作状态如表1所示,其与单片机的接口电路如图3所示。

  表1AD574状态位控制

 基于单片机和AD574的高精度电阻测试仪的设计

  基于单片机和AD574的高精度电阻测试仪的设计

  图3  AD574与单片机的接口电路图

  3、软件设计

  本电路中STC89C54RD单片机控制继电器的通断,实现测量电阻电路的档位切换。被测电阻所测的电压送到A/D转换器AD574(数据经过转换,电压和电阻的值相等)A/D转换后的数据送到单片机中进行处理,进行显示,其流程图如图4所示。自动筛选程序首先判断单片机是否有键按下,当有键按下时,进入筛选,否则进入测量电路,采集A/D模块输出的数值量,进行处理,并将处理数值显示。

 基于单片机和AD574的高精度电阻测试仪的设计

  图4  测试电路的软件流程图

  4、误差分析

  4.1、系统误差产生的原因

  (1)集成运放的非理想产生误差;

  (2)A/D转换电路产生的误差;。

  (3)电场的干扰等。

  4.2、减少误差提高精度的主要方法

  (1)设置四档量程,但在同一量程中,去AD的电压范围也在满幅度到1/10满幅度之间,采用12位AD转换时,在1/10满幅度(1V)以下时,精度不够,现采用AD过采样的方法提高精度,每次测试时,进行多次AD转换(200次)后取平均值;

  (2)高阻测试时,工频干扰将影响测量,采用在一个工频正弦周期里进行多次(200次)AD转换,可以使数字滤波的效果;

  (3)低阻测试时,导线电阻及继电器和探头的接触电阻不可忽视,在测试时采用“四线制”,消去了相应的误差;

  (4)工艺要求,为了保证电阻测试仪的高精度,在工艺上的要求也至关重要,首先必须经过去耦滤波,地线尽量保证足够的线粗,并尽可能短;其次运放的电阻选择必须要注意“配对”,即需要从大量的电阻中进行筛选;再次,量程电阻要采用千分之一以上的精密电阻,运放须选择高精度运放OP07.

  5、结论

  通过STC89C54RD单片机对继电器的通断的控制进行对测量电阻的量程切换,小电阻采用双高精密运放OP07组成恒流源测量电压,大电阻的测量是通过恒压源测量电流来实现,将测到的电压或电流送入到12位串行AD574电路,实现模拟量的采集,通过STC89C54RD单片机以及电路实现了整个电路的控制。整个电路的硬件结构简练,输出的电压稳定。但整个系统偏重于软件设计,A/D转换对不同量程的电阻输出电压的转换算法不同,A/D转换的算法误差,是系统测试误差的主要。要不断调整A/D转换的算法,从而不断提高测试精度。


『本文转载自网络,版权归原作者所有,如有侵权请联系删除』

热门文章 更多
流量测量仪表的应用场合及性能