小电阻测量系统(2)

2019-04-09 16:48

TPS76033是一种低功耗、低压降的稳压器,具有热保护功能,关闭状态静态电流仅为1μA。其引脚图如下:

如图2-5,该图所示的为采用LM317构成的输出电流为1A的恒流源,其中电阻Rm可以设定,在此假设Rm取1.25欧。因为LM317稳定的基准电压(即引脚ADJ、Vout之间的电压)为1.25V,故在Rm上会产生1A电流,这个电流全部流过负载,所以可认为流过负载的是1A的恒定电流。输入电容C23用于抑制纹波电压,由于这种集成稳压器有很好的电压调整率,负载上电压的变化,由LM317输入输出的差值作为补偿,所以只要输入电压足够高,即使负载变化较大,也能提供理想的恒定电流。

LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块,是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块,它的输出电流范围为10mA到1.5A,具有输出电压可变、输出波纹小、体积小、性价比高、工作稳定可靠等特点。它有3个输出端,即电压输入端、电压输出端和调节端,没有公共接

地端

2.2.3信号放大

信号放大器通常是采用测量放大器,对于高精度弱信号的检测,一般用二级放大器:第一级采用测量放大器,以提高输入通道的共模抑制比;第二级为运算放大器,以将第一级的输出信号放大至满足A/D转换所要求的输入电压变换范围。

同样,要实现对微小电阻的测量,则要求放大器的分辨率高(高潮达10μV),线性度好,输入阻抗高,并要求漂移低、抑制噪声和抗干扰能力强,为此我们设计了如下图信号处理电路所示的差动放大器。此放大器由运放A2、A3组成第一级差分式电路,A4组成第二级差分式电路,R8、R9、RW2组成反馈网络,引入了深度电压串联负反馈,故有较高的输入阻抗,且A2、A3都选同相端作为输入端,则它们的共模输出电压和漂移电压也都相等,再经过A4组成的差分式电路,可以互相抵消,故它有很强的共模抑制能力和较小的输出漂移电压;A5是电压反向跟随器,其作用是使前后级隔离。

分析此电路可得到下列方程

从上式知输出电压U4与被测电阻Rx成正比。放大器的倍数由R8、R9、RW2而定,由于A/D转换器的输入电压为0~3V,本仪器设置放大器的放大倍数为1000倍,被测电阻正常时为几毫欧。例如当取测试范围为2m?时,流过的电流为1A,对应压降为2mv,取信号放大电路放大1000倍后,在U4端得到2V的直流电压。

为了保证放大器的分辨率和稳定性,除上述电路本身优点外,集成运放A2、A3、A4选用了高精度、低噪声、低漂移的MAX495(单电源运算放大器,工作电源范围是+2.7V~6.0V)。反馈支路的电阻均选用高精度、低温度系数的精密电阻,此外还采取了一些屏蔽措施有效地抑制了噪声和干扰。测试时被测电阻与测试仪器间采用四端接线法,恒流源电流经I输入从接地端输出,测量时用四根专用导线与被测电阻Rx连接,当被测电阻较小时,为了避免导线电阻和接触电阻的影响,四根连接导线要做到特性一致、阻抗相同,这样就可以消除导线电阻和接触电阻的影响。 2.2.4 单片机

单片机作为整个系统的核心控制部分,主要是完成与其他电路的接口,在该系统中,单片机主要负责对模拟量进行采集,将采集得到的数据通过串口传给上位机,并通过LED数码管显示处理后得到的数据。

本系统使用的是MSP430F149单片机,具有如下特点: ? 具有很低的供电电源,其供电电压的范围是:1.8V~3.6V。

超低的功耗,这是目前其他单片机没有的特色。它在休眠条件下工作的

? 快速的唤醒时间。从休眠方式唤醒只需要6us。

? 快速的指令执行时间。它采用的是16位的RISC结构,指令的执行时间 只需要150nS,是传统单片机不能比拟的。

? 具有灵活的时钟设置。主要有以下几种方式:32kHz的晶体方式、高频

率晶体方式、谐振器方式和外部时钟源方式。 ? 两通道串行通讯接口,可用于异步或同步模式。

? 片内有多达60KB的Flash ROM和2KB RAM,用户无需再外扩存储器。 ? 在电路板上预留一个JTAG接口,再配以一个普通的PC机,就可以很 方便地实现系统软件的调试。

MSP430F149共有以下端口,分别为P1、P2、P3、P4、P5、P6 S和COM,

它们都可以直接用于输入/输出。MSP430系统中没有专门的输入/输出指令,输入/输出操作通过传送指令来实现。这些端口的每一位都可以独立用于输入/输出,即具有位寻址功能。由于MSP430的端口只有数据口,没有状态口或控制口,在实际应用中,如在查询式输入/

输出传送时,可以用端口的某一位或者几位来传送状态信息,通过查询对应位的状态来确定外设是否处于“准备好”状态。其中各个端口的功能分别为:(1)P1、P2端口:I/O,中断功能,其他片内外设功能如定时器、比较器;(2)P3、P4、P5、P6端口:I/O,其他片内外设功能如SPI、UART模式,A/D转换等;(3)S、COM端口:I/O,驱动液晶。

MSP430各端口具有丰富的控制寄存器供用户实现相应的操作。其中P1、P2具有7个寄存器,P3~P6具有4个寄存器。通过设置寄存器我们可以实现: (1)每个I/O位独立编程; (2)任意组合输入、输出和中断;

(3)P1、P2所有8个位全部可以用作外部中断处理; (4)可以使用所以指令对寄存器操作;

(5)可以按字节输入、输出,也可按位进行操作。

端口P1、P2的功能可以通过它们的7个控制寄存器来实现。这里,Px代表P1或P2。 (1)PxDIR:输入/输出方向寄存器。8位相互独立,可以分别定义8个引脚的输入/输出方向。8位再PUC后都被复位。使用输入/输出功能时,应该先定义端口的方向。作为输入时只能读,作为输出时,可读可写。

(2)PXIN:输入寄存器,为只读寄存器。用户不能对它进行写入,只能通过读取其寄存器的内容来知道I/O口的输入信号。所以其引脚的方向要选为输入。如再键盘键盘扫描程序中经常要读取行线或者列线的端口寄存器值来判断案件情况。

(3)PXOUT:输出寄存器。该寄存器为I/O端口的输出缓冲寄存器,再读取时输出缓存的内容与引脚方向定义无关。改变方向寄存器的内容,输出缓存的内容不受影响。

(4)PXIFG:中断标志寄存器。它的8个标志位标志相应引脚是否有中断请求有待处理。另外,外部中断事件的时间必须保持不低于1.5倍的MCLK时间,以保证中断请求被接受,且使相应中断标志位置位。

(5)PXIES:中断触发沿选择寄存器。如果允许PX口的某个引脚中断,还需定义该引脚的中断触发方式。

(6)PXIE:中断使能寄存器。PX口的每一个引脚都有一位用以控制该引脚是否允许中断。0:禁止中断,1:允许中断。

(7)PXSEL:功能选择寄存器。P1、P2两端口还具有其他片内外设功能,将这些功能与芯片外的联系通过复用P1、P2引脚的方式来实现。PXSEL用来选择引脚的I/O端口功能与外围模块功能。

端口P3、P4、P5、P6没有中断能力,其余功能同PI、P2。除掉端口P1、P2与中断相关的3个寄存器,端口P3、P4、P5、P6的4个寄存器(用法同P1、P2)分别为PXDIR、PXIN、PXOUT、PXSEL可供用户使用。

的内容不受影响。

(4)PXIFG:中断标志寄存器。它的8个标志位标志相应引脚是否有中断请求有待处理。另外,外部中断事件的时间必须保持不低于1.5倍的MCLK时间,以保证中断请求被接受,且使相应中断标志位置位。

(5)PXIES:中断触发沿选择寄存器。如果允许PX口的某个引脚中断,还需定义该引脚的中断触发方式。

(6)PXIE:中断使能寄存器。PX口的每一个引脚都有一位用以控制该引脚是否允许中断。0:禁止中断,1:允许中断。

(7)PXSEL:功能选择寄存器。P1、P2两端口还具有其他片内外设功能,将这些功能与芯片外的联系通过复用P1、P2引脚的方式来实现。PXSEL用来选择引脚的I/O端口功能与外围模块功能。

端口P3、P4、P5、P6没有中断能力,其余功能同PI、P2。除掉端口P1、P2与中断相关的3个寄存器,端口P3、P4、P5、P6的4个寄存器(用法同P1、P2)分别为PXDIR、PXIN、PXOUT、PXSEL可供用户使用。

端口COM和S,它们实现与液晶片的直接接口。COM为液晶片的公共端,S为液晶片的段码端。液晶片输出端也可经软件配置为数字输出端口

因为本系统中要用到ADC12模块,所以在此就其作一些简单的介绍。ADC12是12位精度的A/D转换模块,带有采样保持功能,它主要有以下特点: ? 采样速度快,最多可以达到200kbps。

? 转换开始可以由软件定时器A和定时器B实现。

? 片内参考电压的产生可以由软件编程选择,也可以软件选择内部参考还 是外部参考。

? 具有可以随便转换的时钟源。

? 具有单通道单次转换、单通道多次转换、序列通道单次转换和序列通道 多次转换4种转换方式。

具有16位的转换结果存储寄存器。

如图2-8可见,单片机的接口电路非常简单,分别采用单片机的一般I/O口实现与其他电路的连接。在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定的区别,MSP430F149单片机采用两个时钟输入,一个32KHZ的时钟信号,一个8MHZ的时钟信号。该系统的时钟部分都是采用晶体振荡器实现的。考虑到电源的输入纹波对单片机的影响,在电源的管脚增加一个0.1uF


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