以最新的DZC-4型智能低電阻測量儀為例
1 總體方案和技術(shù)指標
如圖1所示,，該儀器由5個部分組成：電源供應、精密恒流源,、精密電壓放大器,、A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機控制器,。其主要技術(shù)指標如下：測試范圍：0～20Ω0～200Ω0～2 k(三擋量程自動切換);最高分辨力：0.001;測試電流：0.5 mA;測試精度：±(0.2%+2);整機耗電：<30 mA ,。
2 硬件設(shè)計
(1)電源部分
整機采用6節(jié)5號鎳氫電池供電(7.2 V)及通用DC/DC變換器，將電池電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的±5 V直流電壓,。該部分還有電池電壓監(jiān)測電路和充電電路,，電池充滿電 可以供儀器連續(xù)使用約50小時。
(2)恒流源
由精密基準電壓源和高性能運放組成,，向被測電阻提供精確的測試電流,。測試電流選為0.5mA。由于精密電流源部分是整個儀器安全性能的薄弱環(huán)節(jié),，必須考慮各種內(nèi)部和外部的可能因 素對儀器造成的損壞,，從而影響安全性能。主要采取了以下措施：限制電流利用結(jié)型場效應管的恒流特性限制測試電流ITEST大小,，一般取IDSS≈2*ITEST,。為增加可靠性，采用兩只場效應管串聯(lián),。限制電壓采用穩(wěn)壓二極管并聯(lián)于測試端限壓,。
(3)精密放大器
由斬波穩(wěn)零運放做測試信號的同相放大，因為A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程電壓為2 V,，測試電流0.5mA，對應20,，200,，2K 三個量 程的同相放大倍數(shù)為200，20,，2,。在負反饋回路接入兩個由單片機控制的模擬電子開關(guān)SW1 、SW2,，用于3個量程不同放大倍數(shù) 的切換：當量程為20 偈?，SW1，SW2均關(guān)閉;為200 偈盨W1開啟;2k 偈盨W1,，SW2均開啟,。儀器校驗時應從低量程開始,，否則不能校準所有的量程。另外,，Ri,，R1，R2,， R3應選用精密電 阻和精密電位器,，使溫度的影響降至最低。
(4)A/D轉(zhuǎn)換器
如圖2所示,，采用4 1/2位的ICL7135芯片,，接成滿量程為2 V的電壓表 的模式。ICL7135用5位BCD碼的形式向單片機提供數(shù)據(jù),，并提供過量程(OV)和欠量程(UN)信號給單片機用于量程自動切換,。ICL7135的時鐘頻率來自T5(CD4060)的Q5端，頻率為1.25 kHz,，正好是工頻50Hz的整數(shù)倍,，能提高儀器抗工頻干擾的能力。A/D轉(zhuǎn)換頻率約為：3.3次/s,。T5的COUT端還提供4MHz的時鐘頻率給單片機,。
(5)單片機控制器
此部分的功能有：數(shù)據(jù)采集、處理,、顯示,、量程切換、電壓監(jiān)控等,。本機顯示模塊有兩片74LS164分別用于LED數(shù)碼管的位驅(qū)動和段驅(qū)動,，共有5位數(shù)碼顯示，如圖2所示,。
單片機T2的25腳用于關(guān)閉顯示模塊的顯示,，以免數(shù)碼管在數(shù)據(jù)傳輸過程中顯示亂碼。T2的 24腳是電池欠壓檢測輸入,，T2的23,、22腳控制精密放大器的模擬電子開關(guān)，產(chǎn)生需要的放大倍數(shù),。
3 軟件設(shè)計
本儀器最大特點是用軟件實現(xiàn)自動調(diào)零和量程轉(zhuǎn)換,，省去故障率較高的電位器和量程切換 開關(guān)。軟件調(diào)零的方法是：開機后單片機進行自檢,，如果系統(tǒng)工作正常就讀取A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果,。當連續(xù)讀取5個A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，判斷它們是否都小于0.2Ω,否則，就認為操作者沒有 將測試棒可靠短路,，儀器繼續(xù)顯示調(diào)零提示符,。如果連續(xù)5個值都小于0.2Ω,這時就找出其中最小值作為初始值，以后每次的測量結(jié)果都要減去初始值,。
根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片ICL7135的過量程和欠量程信號,，由單片機自動進行量程切換。量程切換 要 完成3項工作：首先是切換精密放大器的放大倍率,，再是調(diào)整初值的有效位數(shù),，最后是調(diào)整 小數(shù)點的位置。PIC16C57單片機沒有中斷功能,，采用查詢的方法與A/D轉(zhuǎn)換器通訊,，利用A/D轉(zhuǎn)換的間隙顯示數(shù)據(jù)。PIC單片機與顯示模塊中的74LS164采用串行數(shù)據(jù)通訊,，每次只顯示1位數(shù)據(jù),，為防止顯示 發(fā)生閃爍，刷新率應大于30Hz ,。程序流程如圖3所示,。
4 結(jié)語
儀器與被測電阻采用4線制接線法，能消除接插件電阻的影響,。此外,，由于儀器分辨力很 高，所以要求測試夾具進行鍍銀處理,，這一點很重要,，否則會造成測試結(jié)果漂移不定。 儀器批量生產(chǎn)的測試結(jié)果表明：儀器的技術(shù)指標達到設(shè)計要求,，能夠滿足生產(chǎn),、科研的需 要。如果儀器稍加改進,，可以當作高靈敏的直流電壓表和電流表使用,。