2019年 10月 16日 星期三
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基于STC89C54RD单片机的高精度自动电阻测试仪设计

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2019-10-16 09:57         

  本文给出了一种以STC89C54RD为控制核心的高精度自动仪的设计,系统量程为10Ω 到10MΩ,具有自动切换量程和自动筛选的功能。采用恒流测压以及恒压测流相结合的方法,同时采用高精度运放OP07 及精密电阻确保测试的精度。为了避免高阻测试时的工频干扰,采用12 位的高速AD574 进行模数转换,既测量速度又达到了数字滤波的效果。

  电子行业发展迅速,作为最基本的电元件之一的电阻,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,需要既快捷又能精度的电阻测试仪,在电子电的设计中,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。利用单片机作为控制核心的智能仪器仪表应用广泛,其具有可靠性高、功耗低、体积小等优点,使得测量仪表更加数字化、智能化和微型化。

  本系统由单片机STC89C54RD 控制,将被测电阻通过测量电,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,最后通过显示电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,系统框图如图1 所示。

  采用OP07 构成的双运放恒流源电,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。

  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,其设计电图如图2 所示。

  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,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。

  AD574 的非线LSB,最大转换时间为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如图3 所示。

  本电中STC89C54RD 单片机控制继电器的通断,实现测量电阻电的档位切换。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,最后进行显示,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,采集A/D 模块输出的数值量,进行处理,并将处理数值显示。

  (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最佳;

  (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,为了电阻测试仪的高精度,在工艺上的要求也至关重要,首先电源必须经过去耦滤波,地线尽量足够的线粗,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,最后运放须选择高精度运放OP07.

  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,实现模拟量的采集,通过STC89C54RD 单片机以及键盘显示电实现了整个电的控制。整个电的硬件结构简练,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来源。要不断调整A/D 转换的算法,从而不断提高测试精度。

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  和特点 64通道、低电平电流数字转换器 最高24位分辨率 最高19.7 kSPS(50.7 μs积分时间) 同步采样 超低噪声(低至0.4 fC [2500e−]) 用户可调满量程范围 积分非线性(INL):FSR的±0.75 ppm读数的±0.025% 极低功耗:每通道6.25 mW LVDS自时钟串行数据接口 SPI配置寄存器(菊花链) 片上温度传感器和基准电压缓冲 10 mm × 10 mm小型BGA封装 产品详情 ADAS1127是一款64通道、电流数字、模数转换器(ADC),内置64个低功耗、低噪声、低输入电流积分器、同步采样保持、具有可配置采样速率和最高24位分辨率的高速、高分辨率ADC。所有转换通道结果均在一个LVDS自时钟串行接口上输出,可减少外部硬件。SPI兼容串行接口可实现ADC采用SDI输入的配置。SDO输出允许用户将几个ADC以菊花链形式连接到一个三线采用电源IOVDD,可降低对转换的数字噪声影响。ADAS1127采用10 mm × 10 mm小型BGA封装。欲了解有关ADAS1127的更多信息,请发送电子邮件至ADI公司的 .应用 医疗、工业和安保CT扫描仪数据采集 光电二极管传感器 放射剂量测定和放射治疗系统 ...

  和特点 128通道、低电平电流数字转换器 最高24位分辨率 最高19.7 kSPS(50.7 μs积分时间) 同步采样 无死区时间、无电荷损失 超低噪声(低至0.4fC (2500e-)) 用户可调的满量程范围 积分非线性(INL): FSR的±0.75 ppm读数的±0.025% 欲了解更多信息,请参考数据手册 产品详情 ADAS1128是一款128通道电流数字模数转换器(ADC)。内置128个低功耗、低噪声、低输入电流积分器、同步采样保持、具有可配置采样速率和最高24位分辨率的两个高速、高分辨率ADC。所有转换通道结果均在一个LVDS自时钟串行接口上输出,可减少外部硬件。SPI兼容串行接口可实现ADC采用SDI输入的配置。SDO输出允许将几个ADC以菊花链形式连接到一个三线式总线上。它采用电源VIO,可降低对转换的数字噪声影响。ADAS1128采用10 mm x 10 mm小型BGA封装。应用 医疗、工业和安保CT扫描仪数据采集 光电二极管传感器 放射剂量测定和放射治疗系统 光纤功率 X射线检测系统 高通道数数据采集系统(电流或电压输入) 方框图...

  和特点 256通道电流至数字转换器模块 最高24位分辨率 可变积分时间 最短的积分时间: 最大值:22.6 kSPS(最小值44.2 μs,20位分辨率) 低功耗: 每通道2.3 mW(任意吞吐速率) 积分线 ppm: 全部通道活动 极低噪声 同步采样 无死区时间、无电荷损失、100%电荷采集 欲了解更多信息,请参考数据手册 产品详情 ADAS1135是一款256通道电流数字模数转换器(ADC)模块。 内置256个低功耗、低噪声、低输入电流积分器、同步采样保持、两个具有可配置采样速率和最高24位分辨率的高速、高分辨率ADC。 ADAS1135的信号链和采样架构设计了所有通道均同步采样,并且采样过程中不会丢失电荷。 所有转换通道结果均在一个双通道、低压差分信号(LVDS)自时钟串行接口上输出,可减少外部硬件。 SPI兼容串行接口可实现ADC采用SDI_x输入的配置。 SDO_x输出允许用户将几个ADC以菊花链形式连接到一个四线采用电源IOVDD,可降低转换时的数字噪声影响。 ADAS1135采用15 mm × 15 mm CSP_BGA封装。 应用 医疗、工业和安保CT扫描仪数据采集 光电二极管传感器 ...

  和特点 128通道、低电平电流数字转换器 最高24位分辨率 最高22.6 kSPS(44.2 μs积分时间) 同步采样 无死区时间、无电荷损失 超低噪声,低至0.32 fC rms (2000 e−) 用户可调的满量程范围 积分非线性(INL): 读数的±0.05%,FSRI的±1.0 ppm 低功耗: 每通道2.25 mW LVDS自时钟串行数据接口 串行外设接口(SPI)配置寄存器(菊花链功能) 片上温度传感器和基准电压缓冲 10 mm ×10 mm、242引脚CSP_BGA封装 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 ADAS1134是一款128通道、电流数字、模数转换器(ADC), 内置128个低功耗、低噪声、低输入电流积分器、同步采样保持、具有可配置采样速率和最高24位分辨率的两个高速、高分辨率ADC。 所有转换通道结果均在一个低压差分信号(LVDS)自时钟串行接口上输出,可减少外部硬件。 SPI兼容串行接口可实现ADC采用SDI输入的配置。 SDO输出允许用户将几个ADC以菊花链形式连接到一个三线采用电源IOVDD,可降低转换时的数字噪声影响。ADAS1134提供10 mm × 10 mm、242引脚CSP_BGA封装。 应用 医疗、工业和安保CT扫描仪数...

  和特点 10位SAR ADC-- 8个多复用模拟输入通道-- 单端工作模式-- 差分工作模式-- 5 V模拟输入范围-- VREF、2VREF或4VREF输入范围 4个单调性、10位、5 V DAC-- 2µs建立时间-- 上电复位至0 V -- 10 mA吸电流和源电流能力 内部温度传感器 -- 精度:±1°C 12个通用数字I/O引脚 1.25 V内部基准电压源 内置功能-- 每通道最小值和最大值寄存器-- 可编程报警阈值-- 可编程迟滞 欲了解更多特性,请参考数据手册产品详情 AD7292是一款单芯片解决方案,集外部器件的通用模拟信号和控制所需的全部功能于一体。AD7292具有一个8通道10位SAR DAC、四个10位DAC、一个精度为±1°C的内部温度传感器,以及12个GPIO,可协助系统和控制。其中,10位、高速、低功耗逐次逼近寄存器(SAR) ADC专为多种单端输入信号而设计。同时支持差分操作,可通过配置VIN0和VIN1作为差分对工作。AD7292提供寄存器可编程ADC序列器,可选择用于转换的可编程通道序列。四个10位数模转换器(DAC)提供0 V至5 V的输出;一个内部高精度1.25 V基准电压源为ADC和DAC提供缓冲的基准电压源。它内置高精度带隙温度传...

  和特点 6个LNA、PGA、AAF通道 1个直接连接ADC的通道 SPI可编程增益 = 16 dB至34 dB(6 dB步进) 可在1 MHz至12 MHz范围内进行编程的 三阶低通椭圆滤波器(LPF) 精密通道间匹配-- 增益:±0.5dB(-40至105°C)-- 相位:±5°(-40至105°C) 低噪声:折合到输入端的电压噪声最大值为3.5 nV/√Hz 低功耗:每个通道170 mW(12位/80 MSPS) 并行3.3V CMOS输出 可选输入: 200Ω 或 200kΩ 通过汽车应用认证产品详情 AD8283针对低成本、低功耗、小尺寸及灵活易用的应用而设计,它内置6个通道的低噪声前置放大器(LNA)、可编程增益放大器(PGA)和抗混叠滤波器(AAF),外加一个直接连接ADC的通道,所有通道都集成12-bit模数转换器(ADC)。各通道具有16 dB至34 dB的增益范围,增量为6 dB,ADC转换速率最高可达80 MSPS。在最大增益下,所有通道折合到输入端噪声电压为3.5 nV/√Hz。通道专门针对动态范围与低功耗而优化,适合要求小封装尺寸的应用。AD8283采用先进的CMOS工艺制造,提供10 mm × 10 mm、符合RoHS标准的72引脚LFCSP封装。额定温度范围为-40°C至+105°C汽车应用温度...

  和特点 4线触摸屏接口 LCD降噪特性(STOPACQ引脚) 自动转换序列器与定时器 用户可编程的转换参数 片内温度传感器:-40°C至+85°C 2.5 V片内基准电压源 片内8位DAC 3个辅助模拟输入 1个专用GPIO和3个可选GPIO 3个中断输出 2个电池测量通道(0.5 V至5 V) 通过汽车应用认证 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 AD7877是一款12位逐次逼近型ADC,具有同步串行接口以及用于驱动触摸屏的低导通电阻开关,采用2.7 V至5.25 V单电源供电(2.2 V也可正常运转),吞吐速率为125 kSPS。AD7877可用于两个输入上的电池测量、温度测量和触摸压力测量。AD7877还具有一个2.5 V片上基准电压源。不使用时,可关断基准电压源以降低功耗。也可以使用外部基准电压,并可在1 V至+VCC范围内变化,模拟输入范围为0 V至VREF。这款器件具有关断模式,此模式下功耗不足1 µA。片上ADC的相位采集通过STOPACQ引脚来控制,这样可以降低来自LCD的噪声影响。用户可编程转换控制包括可变采集时间及第一转换延迟。每次转换可利用多达16个均值。该器件还有一个片上DAC,用来控制LCD背光或对比度。AD7877采用转换序列器与定...

  和特点 信噪比(SNR):65 dB(Fin最高为70 MHz,210 MSPS) ENOB:10.6(Fin最高为70 MHz,210 MSPS) 无杂散动态范围(SFDR):80 dBc(Fin最高为70 MHz,210 MSPS) 出色的线 LSB(典型值)- 积分非线 LSB(典型值) 两种输出数据可供选择:- 解复用3.3 V CMOS输出(每105 MSPS)- 可选择交错或并行数据输出- LVDS(210 MSPS) 700 MHz全功率模拟带宽 功耗:1.3 W(典型值,210 MSPS) 1.5 V输入电压范围 3.3 V电源供电 可选择输出数据格式 提供数据同步输入和数据时钟输出 时钟占空比稳定器 产品详情 AD9430是一款12位单芯片采样模数转换器(ADC),专门针对高性能、低功耗和易用性进行了优化。该产品的转换速率最高可达210 MSPS,具有杰出的动态性能,适合宽带载波和宽带系统使用。芯片上集成了全部必需功能,包括采样保持(T/H)与基准电压源,可提供完整的信号转换解决方案。该ADC要求采用3.3 V电源供电及差分ENCODE时钟信号,以便充分发挥其工作性能。数字输出为TTL/CMOS兼容或LVDS兼容,支持二进...

  和特点 信噪比(SNR):65 dBFS(fIN最高为250 MHz,500 MSPS) 有效位数(ENOB):10.5位(fIN最高为250 MHz,500 MSPS,−1.0 dBFS) 无杂散动态范围(SFDR ):−78 dBc(fIN最高为250 MHz,500 MSPS,−1.0 dBFS) 集成输入缓冲器 出色的线性度: - 微分非线 LSB(典型值) - 积分非线 MSPS时提供LVDS输出(ANSI -644电平) 1 GHz全功率模拟带宽 与 AD9230ADC引脚兼容 欲了解更多特性,请参考数据手册 产品详情 AD9434是一款12位单芯片采样模数转换器(ADC),专门针对高性能、低功耗和易用性进行了优化。该器件的转换速率最高可达500 MSPS,具有出色的动态性能,适合宽带载波和宽带系统使用。芯片上集成了全部必需功能,包括采样保持器与基准电压源,可提供完整的信号转换解决方案。VREF引脚可用来内部基准电压或提供外部基准电压(必须通过SPI端口使能外部基准电压模式)。 该ADC要求采用1.8 V模拟电源供电及差分时钟信号,以便充分发挥其工作性能。数字输出为LVDS (ANSI-644) 兼容,支持二进制补码、...

  和特点 每个通道11位、250MSPS输出数据速率 使能NSR时的性能-- SNR:74.5 dBFS(55 MHz频段、最高90 MHz、250MSPS)-- SNR:72.0 dBFS(82 MHz频段、最高90 MHz、250 MSPS) 禁用NSR时的性能-- SNR:66.2 dBFS(最高90 MHz、250 MSPSS)--SFDR:85 dBc(最高185 MHz、250MSPS) 总功耗:535 mW (200 MSPS) 1.8 V模拟电源供电 1.8 V LVDS(ANSI-644电平)输出 1至8整数时钟分频器(最大输入频率625 MHz) ADC内部基准电压源 欲了解更多特性,请参考数据手册产品详情 AD6643是一款11位、250 MSPS、双通道中频(IF)接收机,专门针对要求高动态范围性能、低功耗和小尺寸的电信应用中支持多天线系统而设计。该器件包括两个高性能模数转换器(ADC)和噪声整形再量化器(NSR)数字模块。各ADC采用多级、差分流水线架构,并集成了输出纠错逻辑。ADC差分流水线的第一级包含一个宽带宽开关电容采样网络。集成基准电压源可简化设计。占空比稳定器(DCS)补偿ADC时钟占空比的波动,使转换器保持出色的性能。各ADC的输出内部连接到NSR模块。集成NSR电能够提高奈奎...

  和特点 动态范围:116 dB 数字VGA I/Q解调器 有源低通滤波器 双通道宽带ADC 可编程抽取和通道滤波器 VCO和锁相环电 串行数据输出端口产品详情 AD6650是一款分集中频至基带接收机,适用于GSM/EDGE。这款窄带接收机由一个集成DVGA、中频至基带I/Q解调器、低通滤波和一个双通道宽带ADC组成。该芯片可处理70 MHz至260 MHz的中频输入。接收机架构经过特别设计,整个接收信号径只需要一个用于主信号的外部表面声波(SAW)滤波器和一个用于分集信号的滤波器,便可达到GSM/EDGE阻塞要求。片内数字抽取与滤波电可消除目标通道之外的干扰信号和噪声。利用可编程RAM系数滤波器,只需一个经济高效的滤波器,便可实现抗混叠、匹配滤波和静态均衡三种功能。通道滤波器的输出通过串行输出I/Q数据流提供给用户。应用 PHS或GSM/EDGE单载波、分集接收机 微蜂窝和微微蜂窝系统无线本地环 智能天线系统 软件无线电建筑物内无线电话数据手册,Rev. A,1/07方框图...

  和特点 JESD204B Subclass 0或Subclass 1编码串行数字输出 信噪比(SNR):71.9 dBFS(185 MHz AIN,250 MSPS,NSR设为33%) 无杂散动态范围(SFDR):87 dBc(185 MHz AIN,250 MSPS) 总功耗:435 mW (250 MSPS) 1.8 V电源电压 1至8整数输入时钟分频器 采样速率最高达250 MSPS 中频采样频率最高达400 MHz 模数转换器(ADC)内置基准电压源 灵活的模拟输入范围-- 1.4 V p-p至2.0 V p-p(标称值1.75 V p-p) ADC时钟占空比稳定器(DCS) 串行端口控制 节能的掉电模式 产品详情 AD6677是一款11位、250 MSPS中频(IF)接收机,专门针对要求高动态范围性能、低功耗和小尺寸的电信应用中支持多天线系统而设计。该器件包括高性能模数转换器(ADC)和噪声整形再量化器(NSR)数字模块。ADC由多级、差分流水线架构组成,并集成了输出纠错逻辑,每个ADC差分流水线的第一级包含一个宽带宽开关电容采样网络。集成基准电压源可简化设计。占空比稳定器(DCS)补偿ADC时钟占空比的波动,使转换器保持出色的性能。ADC的输出内部连接到NSR模块。集成NSR电能够提高奈奎斯特带宽内较小频...

  和特点 宽电源电压范围:2.4 V至3.7 V 调节输入与电池输入之间内置双极性开关 超低功耗的省电模式(PSM) 全速运转: 4.4 mA至1.6 mA(取决于PLL时钟) 电池模式:3.3 mA至400 μA(取决于PLL时钟) 休眠模式:实时时钟(RTC)模式:1.7 μARTC和LCD模式:38 μA(LCD电荷泵使能) 基准电压:1.2 V ± 0.1%(10 ppm/°C漂移) 64引脚薄型四方扁平封装(LQFP),符合RoHS标准 见数据表的附加功能 产品详情 ADE5166/ADE5169/ADE5566/ADE55691将ADI公司电能(ADE)计量IC模拟前端和固定功能DSP解决方案与增强型8052 MCU内核、完整RTC、LCD驱动器和所有外设集成为一体,提供一种带液晶显示屏的电表。ADE测量内核包括有功、无功和视在功率计算以及电压和电流均方根值测量。利用内置的电能标量可以访问这些信息,以便进行计费。电能计量DSP包括许多电力线功能(如SAG、峰值和零交越等),可简化电表设计。微处理器功能包括单周期8052内核、带备用电源引脚的完整RTC、SPI或I2C®接口以及2个的UART接口。ADE内核提供直接可用的信息,降低了对程序...

  和特点 与AD876引脚兼容 功耗:80 mW (3 V) 工作电压范围:2.7 V至5.5 V 微分非线 LSB 省电(休眠)模式 三态输出 超量程 内置箝位功能(直流复位) 可调片内基准电压源 IF 欠采样至135 MHz 产品详情 AD9200是一款单芯片、10位、20 MSPS模数转换器(ADC),采用单电源供电,内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。它采用多级差分流水线 MSPS,在整个工作温度范围内无失码。AD9200的输入经过设计,使成像和通信系统的开发更加轻松。用户可以选择各种输入范围和偏移,并可通过单端或差分方式驱动输入。采样保持放大器(SHA)既适用于在连续通道中切换满量程电平的多复用系统,也适合采用最高奈奎斯特速率及更高的频率对单通道输入进行采样。利用片上箝位电(AD9200ARS、AD9200KST),可以使交流耦合输入信号偏移到预定电平。动态性能极为出色。 AD9200具有一个片上可编程基准电压源。也可以选用外部基准电压源,以满足应用的直流精度与温度漂移要求。 采用一个单时钟输入来控制所有内部转换周期。数字输出数据格式为标准二进制。超量程(OTR)信号表示溢出状况,可由最高有效位...

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