高精度直流微電阻測試儀的研究與開發(fā)-----硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號源中采集信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)的過程。

前向通道中，被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，而每一種傳感器都有與其配套的接口電路，接口電路再將這一電信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來完成多路模擬信號的切換，信號調(diào)節(jié)則是將模擬微弱信號轉(zhuǎn)換成能滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號。為了減少無能動態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差，需要加入采樣/保持電路。因此，數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)不僅僅限于是單純A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計(jì)，還必須綜合考慮傳感器到CPU的全過程。

A/D轉(zhuǎn)換器是前向通道中的一個環(huán)節(jié)，并不是所有的前向通道中都必須配備A/D轉(zhuǎn)換器；只有模擬量輸入通道，并且輸入計(jì)算機(jī)接口不是頻率量而是數(shù)字碼時(shí)，才用到A/D轉(zhuǎn)換器。因此，在確定A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，應(yīng)遵循下述原則：

（1）根據(jù)前向通道的總誤差，選擇A/D轉(zhuǎn)換器的精度和分辨率。此時(shí)，應(yīng)將綜合精度在各個環(huán)節(jié)上進(jìn)行再分配，以確定對A/D轉(zhuǎn)換器的精度要求；

（2）根據(jù)信號對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換速度，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。為減少孔徑誤差，若對變化速度非?？斓男盘栠M(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可考慮加入采樣/保持電路；

（3）根據(jù)環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換器的一些環(huán)境參數(shù)要求，如工作溫度、功耗、可靠性等級等性能；

（4）根據(jù)計(jì)算機(jī)接口特征，考慮選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)，例如，A/D轉(zhuǎn)換器是并行輸出還是串行輸出，是二進(jìn)制碼還是BCD碼；是用外部時(shí)鐘、內(nèi)部時(shí)鐘還是不用時(shí)鐘；有無轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)標(biāo)志；與TTL、cMOS及EcL電路的兼容性等；

（5）還要考慮到芯片的成本、貨源是否是主流芯片等諸多因素.電路的測量準(zhǔn)確度與放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器的精確度、溫漂有密切關(guān)系。因此，各部分都盡量采用精密和低溫漂元器件，同時(shí)放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器都必須采用精密電位器進(jìn)行調(diào)整。本測試儀的A/D轉(zhuǎn)換電路就是采用上述原則來設(shè)計(jì)的。

高精度的A/D器件是實(shí)現(xiàn)高精度測量的前提。本系統(tǒng)采用ADs7805芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換。ADs78os精度高、抗干擾性能好、價(jià)格低，應(yīng)用十分廣泛，如圖3.6. ADs7805是16位單片A/D轉(zhuǎn)換器，28腳DIP封裝，其主要性能特點(diǎn)為：a.輸入阻抗達(dá)10兆歐以上，對被測電路幾乎沒有影響，b.自動校零，c.有精確的差分輸入電路，d.自動判別信號極性，e.有超、欠壓輸出信號，f.采用位掃描與BCD碼輸出。

分辨率計(jì)算：儀器的最小分辨率是由A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定的，因?yàn)殡妷悍秶鸀椋?一+sv，在最小檔位時(shí)，5v對應(yīng)2m.，而16位的A/D轉(zhuǎn)換器為：2‘6=65536，則儀器能達(dá)到的分辨率為：ZlnO、1/2’6=3.05、10一勸，因此，最低分辨率能達(dá)到10u歐.

對于A/D芯片ADS7805來說，能夠有效的控制其本身的誤差是本電路選用這種芯片的一個重要的原因。A/D轉(zhuǎn)換器的一個問題是零點(diǎn)漂移，ADS78O5可以使零點(diǎn)漂移的影響最小化這種轉(zhuǎn)換器有一個附加的將輸入短接的循環(huán)，從而使得我們能夠進(jìn)行必要的校正。在本電路中，對于A/D轉(zhuǎn)換器誤差消除的另一個方法是采用自校零功能。轉(zhuǎn)換過程分為四個循環(huán)，在第一個循環(huán)里，先將輸入短接，將電阻代替電容接入電路，電容充電至補(bǔ)償電壓，在第二個循環(huán)里，電容上的電壓被自動減去，從而實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)校正。在附加的第四個循環(huán)里，電容被短接來對充電電壓放電。

綜上所述，對于A/D轉(zhuǎn)換芯片的誤差抑制的方法是輸入短接的循環(huán)和自校零功能的實(shí)現(xiàn)。

主控部件設(shè)計(jì)

主控部件整體設(shè)計(jì)

主控部分的功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、放大倍數(shù)選擇、量程切換判斷、顯示、通訊等。單片機(jī)具有關(guān)閉顯示模塊顯示的功能，以免數(shù)碼管在數(shù)據(jù)傳輸過程中顯示亂碼。數(shù)據(jù)采集部分經(jīng)ADS7805芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換后，從本系統(tǒng)的并行擴(kuò)展口8155的PA口讀入，8155的ADO一AD7和單片機(jī)89E58的PO口相連接，當(dāng)89E58的片選使能并且讀信號有效時(shí)8155中的數(shù)據(jù)就被讀入到單片機(jī)89E58中。程序再根據(jù)當(dāng)前的量程，放大倍數(shù)等參數(shù)計(jì)算出被測量的電阻值。這些實(shí)時(shí)的測量結(jié)果數(shù)據(jù)經(jīng)過LED顯示模塊被顯示出來，用戶就可以根據(jù)LED上顯示的數(shù)據(jù)來及時(shí)獲得正在被測試的微電阻的電阻值。另外，當(dāng)主控芯片89E58計(jì)算得到電阻值后，它會把這些值保存到EEPRoMAT28c64中，AT28c64采用一片非易失性靜態(tài)存儲器（NASRAM）作為數(shù)據(jù)存儲器。它具有靜態(tài)存儲器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有非易失性的特點(diǎn)。存儲芯片在掉電的情況下，能夠正確無誤地保存所有數(shù)據(jù)，并且能長時(shí)間地保存這些數(shù)據(jù)。這些特性很好地滿足了本系統(tǒng)這樣數(shù)據(jù)量小并且要求可靠性高的應(yīng)用。本系統(tǒng)中的另一片并行擴(kuò)展口82C55，它通過自身的DO一D7與CPU89Es8的PO口連接。CPu可以通過PO口來控制82C55的PA，PB，PC口的輸出狀態(tài)。本系統(tǒng)的量程放大電路放大倍數(shù)的控制及其它一些模塊的控制信號都是由82C55提供。