高精度直流微電阻測試儀的研究與開(kāi)發(fā)-----硬件系統設計（二）

數據轉換部分設計

A/D轉換接口是數據采集系統前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節。數據采集是在模擬信號源中采集信號，并將其轉換為數字信號送入單片機的過(guò)程。

前向通道中，被測物理量經(jīng)傳感器轉換成電信號，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換成電壓信號。多路轉換開(kāi)關(guān)用來(lái)完成多路模擬信號的切換，信號調節則是將模擬微弱信號轉換成能滿(mǎn)足A/D轉換器需要的電平信號。為了減少無(wú)能動(dòng)態(tài)數據采集的孔徑誤差，需要加入采樣/保持電路。因此，數據采集電路的設計不僅僅限于是單純A/D轉換芯片的接口設計，還必須綜合考慮傳感器到CPU的全過(guò)程。

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

（1）根據前向通道的總誤差，選擇A/D轉換器的精度和分辨率。此時(shí)，應將綜合精度在各個(gè)環(huán)節上進(jìn)行再分配，以確定對A/D轉換器的精度要求；

（2）根據信號對象的變化率及轉換精度要求，確定A/D轉換速度，以保證系統的實(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轉換，可考慮加入采樣/保持電路；

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

（4）根據計算機接口特征，考慮選擇A/D轉換器的輸出狀態(tài)，例如，A/D轉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、內部時(shí)鐘還是不用時(shí)鐘；有無(wú)轉換結束狀態(tài)標志；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.電路的測量準確度與放大器以及A/D轉換器的精確度、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轉換器都必須采用精密電位器進(jìn)行調整。本測試儀的A/D轉換電路就是采用上述原則來(lái)設計的。

高精度的A/D器件是實(shí)現高精度測量的前提。本系統采用ADs7805芯片進(jìn)行數據的A/D轉換。ADs78os精度高、抗干擾性能好、價(jià)格低，應用十分廣泛，如圖3.6. ADs7805是16位單片A/D轉換器，28腳DIP封裝，其主要性能特點(diǎn)為：a.輸入阻抗達10兆歐以上，對被測電路幾乎沒(méi)有影響，b.自動(dòng)校零，c.有精確的差分輸入電路，d.自動(dòng)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。

分辨率計算：儀器的最小分辨率是由A/D轉換器的位數決定的，因為電壓范圍為：0一+sv，在最小檔位時(shí)，5v對應2m.，而16位的A/D轉換器為：2‘6=65536，則儀器能達到的分辨率為：ZlnO、1/2’6=3.05、10一勸，因此，最低分辨率能達到10u歐.

對于A(yíng)/D芯片ADS7805來(lái)說(shuō)，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(gè)重要的原因。A/D轉換器的一個(gè)問(wèn)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換器有一個(gè)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(yíng)/D轉換器誤差消除的另一個(gè)方法是采用自校零功能。轉換過(guò)程分為四個(gè)循環(huán)，在第一個(gè)循環(huán)里，先將輸入短接，將電阻代替電容接入電路，電容充電至補償電壓，在第二個(gè)循環(huán)里，電容上的電壓被自動(dòng)減去，從而實(shí)現零點(diǎn)校正。在附加的第四個(gè)循環(huán)里，電容被短接來(lái)對充電電壓放電。

綜上所述，對于A(yíng)/D轉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。

主控部件設計

主控部件整體設計

主控部分的功能有：數據采集、數據處理、放大倍數選擇、量程切換判斷、顯示、通訊等。單片機具有關(guān)閉顯示模塊顯示的功能，以免數碼管在數據傳輸過(guò)程中顯示亂碼。數據采集部分經(jīng)ADS7805芯片進(jìn)行數據的A/D轉換后，從本系統的并行擴展口8155的PA口讀入，8155的ADO一AD7和單片機89E58的PO口相連接，當89E58的片選使能并且讀信號有效時(shí)8155中的數據就被讀入到單片機89E58中。程序再根據當前的量程，放大倍數等參數計算出被測量的電阻值。這些實(shí)時(shí)的測量結果數據經(jīng)過(guò)LED顯示模塊被顯示出來(lái)，用戶(hù)就可以根據LED上顯示的數據來(lái)及時(shí)獲得正在被測試的微電阻的電阻值。另外，當主控芯片89E58計算得到電阻值后，它會(huì )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）作為數據存儲器。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(wú)誤地保存所有數據，并且能長(cháng)時(shí)間地保存這些數據。這些特性很好地滿(mǎn)足了本系統這樣數據量小并且要求可靠性高的應用。本系統中的另一片并行擴展口82C55，它通過(guò)自身的DO一D7與CPU89Es8的PO口連接。CPu可以通過(guò)PO口來(lái)控制82C55的PA，PB，PC口的輸出狀態(tài)。本系統的量程放大電路放大倍數的控制及其它一些模塊的控制信號都是由82C55提供。