小電阻測(cè)量系統(tǒng)

1、    山東理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）   題 目：小電阻精確測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)     學(xué)   院：電氣與電子工程學(xué)院 專   業(yè)：   電子信息工程    學(xué)生姓名：     豐坤       

2、0;  指導(dǎo)教師：    宋德杰                    畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：二一年三月一日六月二十日  共十六周摘 要 在電路測(cè)試過(guò)程中常常會(huì)碰到由于忽略某些小電阻的影響引起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值之間存在較大誤差的情況，從而影響測(cè)試效果。例如電感器、變壓器中往往存在銅電阻，地鐵鐵軌的電阻

3、，揚(yáng)聲器連接線的電阻，過(guò)電流保護(hù)電路中的檢測(cè)電阻等。所以測(cè)量這些小電阻是電子測(cè)量中的一個(gè)常見(jiàn)課題。 由于小電阻數(shù)值較小，一般的指針萬(wàn)用表無(wú)法測(cè)量出來(lái)；通常實(shí)驗(yàn)室里會(huì)用電橋進(jìn)行測(cè)量，但電橋操作手續(xù)較煩，又不能直接讀出被測(cè)電阻阻值。鑒于此，我們采用了MSP430F149單片機(jī)作為控制核心，利用單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)了該測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)可直接從LED數(shù)碼管上讀出所測(cè)得的電阻值，測(cè)量范圍從幾m到1之間，同時(shí)可以把測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后經(jīng)串行口送入上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的強(qiáng)大功能，可以對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。該測(cè)試儀的測(cè)量精度高達(dá)±0.05%，并采用四端測(cè)量法，電阻值不受引線長(zhǎng)短及

4、接觸電阻的影響。不僅測(cè)量簡(jiǎn)便，讀數(shù)直觀，且測(cè)量精度、分辨率也高于一般電橋?？捎糜趯?shí)驗(yàn)室、研究所，尤其適用于工作現(xiàn)場(chǎng)。  關(guān)鍵詞: 四端測(cè)量法，小電阻，恒流源，MSP430系列單片機(jī)Abstract In the circuit the testing process often encountered little resistance as the impact of neglect caused

5、0;by some experimental data with large error between the theoretical value, and thereby affect the testing results. For example, inductors, transformers, there is often copper 

6、;resistance, the resistance of the MTR tracks, the speaker cable's resistance, over-current protection circuit in the detection of resistance and so on. Therefore, measuring th

7、e small resistance is a common electronic measurement topic. As the low resistance value smaller pointer multimeter to measure the general out; usually will power the lab

8、oratory to measure the bridge, but bridge over trouble operating procedures, can not directly read the measured resistances. In view of this, we use a MSP430F149 microcon

9、troller as the control, using of the advantages of single chip design of the measurement system. The measuring system can control directly from the LED digital read 

10、out the measured resistance value, measuring range from a few m between1, while the test data can be stored, and then into the PC via serial port, through the P

11、C's power, can be measured by the analysis of the data, processing. The tester's measurement accuracy up to ± 0.05%, and the use of four-terminal measurement,

12、0;the resistance from lead length and contact resistance. Measured not only simple, intuitive readings, and measurement accuracy, resolution is also higher than the bridge. It 

13、;can be used in laboratories, research institutes, especially suitable for the work site.  Keywords: Four-terminal measurement，Little resistance; MSP430 MCU，Constant current source引 言 1

14、.1 前述 小電阻在各種電器設(shè)備中隨處可見(jiàn)，像電力電纜、通訊電纜、斷路器、繼電器、電機(jī)和變壓器等設(shè)備的接觸電阻，通常為毫歐姆數(shù)量級(jí)。這些電阻阻值較小，本身就不易測(cè)量，另外，溫度的變化也會(huì)影響電阻的阻值，當(dāng)測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、電源供電太久都有可能造成所測(cè)的電阻值隨著溫度的增加而偏高，這些情況在實(shí)際應(yīng)用中都有可能造成很大的偏差，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以微小電阻的測(cè)量是電子測(cè)量中的一個(gè)常見(jiàn)課題，有時(shí)具有十分重要的意義。在本設(shè)計(jì)中采用四端測(cè)量法有效地減少了測(cè)試線引線電阻和接觸電阻的影響，同時(shí)采用高精度、低噪聲的測(cè)量放大器和自帶12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)系統(tǒng)，有效地減少了測(cè)量誤差，提高了測(cè)量精

15、度。 1.2小電阻測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多依靠使用超高精度、超高速的精密恒流源和精密放大器來(lái)提高改善測(cè)量系統(tǒng)的功能。小電阻測(cè)量技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r如下： 日本學(xué)者Isao Minowa提出用超導(dǎo)量子器件測(cè)量微小電阻，H. Aichi提出利用電解槽法測(cè)量微小電阻，波蘭學(xué)者Jerzy Kaczmarek提出用三次諧波法測(cè)量微小電阻。這些方法一般是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行研究所采用的方法。 在實(shí)際工程應(yīng)用中，比較傳統(tǒng)的方法是采用直流雙臂電橋法來(lái)測(cè)量回路的電阻。但是，當(dāng)采用雙臂電橋進(jìn)行導(dǎo)電回路的電阻的測(cè)量時(shí)，由于雙臂電橋回路通過(guò)的是只有幾

16、個(gè)安培的微弱電流，對(duì)設(shè)備要求很高。而在大電流或正常電流通過(guò)時(shí)，會(huì)使過(guò)渡發(fā)熱而產(chǎn)生溫升。對(duì)此，GB763-90, DL405-91等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：測(cè)試采用直流電壓降法時(shí)，通入的電流應(yīng)盡量大些。 小電阻智能化測(cè)試儀近些年發(fā)展比較快。國(guó)內(nèi)己有許多家公司開(kāi)發(fā)出各類產(chǎn)品。例如一些公司生產(chǎn)的微歐儀，要求具有較大的電流恒流源。采用高頻開(kāi)關(guān)電源和大電流變壓器實(shí)現(xiàn)大電流的恒流效果。但這些測(cè)試儀測(cè)試電流較大，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)被測(cè)電阻有溫升的影響，降低測(cè)量的精度。而且這些測(cè)量?jī)x器一般體積和重量都較大，現(xiàn)場(chǎng)攜帶不方便，其成本也相對(duì)較高。 河北工業(yè)大學(xué)的李奎等人提出了脈沖電流（矩形脈沖，寬度

17、為300us，幅值可達(dá)100A）測(cè)量微小電阻的原理，采用了較大脈沖電流測(cè)量微小電阻，提高了測(cè)量精度。河北工大電器研究所的劉幗巾等人也提出了采用脈沖大電流測(cè)量微小電阻，使用的也是方波脈沖，并且同時(shí)提出該方法只是針對(duì)測(cè)體為無(wú)感性和無(wú)容性的純電阻元件。 通過(guò)對(duì)回路微小電阻理論和測(cè)試方法的分析和研究，總結(jié)出微小電阻測(cè)試儀發(fā)展的趨勢(shì)有如下三點(diǎn)：(1)微型化，即體積和重量都很小，以便于攜帶。(2)精確化、穩(wěn)定化，由于接觸電阻很小，因此測(cè)量的精度和穩(wěn)定度顯得尤為重要。(3)智能化，測(cè)量范圍可選擇、電流和測(cè)試電阻可用LED顯示、可與計(jì)算機(jī)接口。 第一章 方案的分析與論證 

18、;通常我們所涉及的微小電阻主要為接線電阻和接觸電阻。所謂接觸電阻是指兩個(gè)接觸元件在接觸部位產(chǎn)生的電阻。影響接觸電阻的主要因素有兩個(gè)方面：膜電阻和收縮電阻，而膜電阻和收縮電阻又分別受材料內(nèi)部溫度、材料的電阻率、材料的彈塑形性能、表面化學(xué)性能及接觸壓力等諸多因素的影響。我們可用細(xì)紗布仔細(xì)打磨材料到出現(xiàn)光澤且隨后立即測(cè)量，所以對(duì)于影響膜電阻的諸多因素我們不予考慮，也就是認(rèn)為在打磨后，表面膜將徹底被破壞，從而使膜電阻的影響為零。但不管接觸表面如何光滑，從微觀上看總是凹凸不平的。因此，當(dāng)兩個(gè)元件接觸時(shí)，實(shí)際的接觸面積要比理論接觸面積小，當(dāng)有電流由一個(gè)元件流向另一個(gè)元件時(shí)，在接觸點(diǎn)或接觸面處，電流都將受到

19、約束，產(chǎn)生障礙。我們發(fā)現(xiàn)，接觸電阻的影響是客觀存在的，特別是在精密測(cè)量中影響很大。通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證知道接觸壓力是影響接觸電阻的最重要因素，所以我們完全可以采取一定的措施減小它的影響。 在傳統(tǒng)的電阻測(cè)量方法中，雙臂電橋法是比較經(jīng)典的一種。直流雙臂電橋又稱凱爾文電橋，主要用于測(cè)量低值電阻。由于電源回路使用的一些電阻和待測(cè)電阻的阻值比較小，電路容易發(fā)熱，會(huì)使電路中電阻值增大，造成測(cè)量值變化不定。因此，在實(shí)際測(cè)量低阻時(shí)，需要盡量縮短實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)間。雙臂電橋法測(cè)電阻的特點(diǎn)是能消除接線電阻及接觸電阻所造成的誤差，大大減小接觸電阻的影響，提高了測(cè)量的精度。但由于測(cè)量回路通過(guò)的是只有幾個(gè)安培的

20、微弱電流，難以消除電阻較大的氧化膜，測(cè)出的電阻值偏大。 由于本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)毫歐級(jí)的小電阻的測(cè)量，同時(shí)精度要達(dá)到0.05%，能夠消除引線對(duì)測(cè)量數(shù)值的影響，所以在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)必須要有以下四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：精密恒流源、高性能測(cè)量放大器、高精度 A/ D 轉(zhuǎn)換器和四端測(cè)量法。 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定了電壓的分辨率。MSP430F149單片機(jī)自帶ADC12器件，該器件可將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為12位的數(shù)字信號(hào)，精度可達(dá)到萬(wàn)分之一，采樣速度完全能夠滿足采樣轉(zhuǎn)換的要求，同時(shí)省去元件的數(shù)目并降低系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)單好用，這也是選擇該款單片機(jī)的原因之一。該ADC12提供四種轉(zhuǎn)換模

21、式：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(zhuǎn)換，序列通道單次轉(zhuǎn)換，單通道多次轉(zhuǎn)換，序列通道多次轉(zhuǎn)換?？紤]到系統(tǒng)只有一路采集，故本系統(tǒng)采用單通道單次轉(zhuǎn)換，即程序每次對(duì)An通道進(jìn)行單次轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后產(chǎn)生中斷處理，將數(shù)據(jù)保存后開(kāi)始新一輪轉(zhuǎn)換。 要消除引線對(duì)測(cè)量數(shù)值的影響，可采用四端測(cè)量法。所謂的四端測(cè)量法是將恒流源電流流入被測(cè)電阻Rx的兩根電流線和電壓測(cè)量端的兩根電壓線分離開(kāi)，使得電壓測(cè)量端的電壓不再是恒流源兩端的直接電壓如圖1-1，a、b之間為被測(cè)電阻的實(shí)際值，c1、c2為電流端，p1、p2為電壓端，采用了這種四端接線法可以有效的消除接觸電阻與連線電阻的影響，由于電壓測(cè)量端與恒流源端斷開(kāi)，恒流源與被測(cè)電阻R

22、x、饋線c1、c2 構(gòu)成一個(gè)回路。送至電壓測(cè)量端的電壓只有Rx兩端的電壓，饋線c1、c2 電壓沒(méi)有送至電壓測(cè)量端。因此，饋線電阻R1 和R2 對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有影響。饋線電阻Ra 和Rb 對(duì)測(cè)量有影響，但影響很小，由于測(cè)試回路的輸入阻抗（M級(jí)）遠(yuǎn)大于饋線電阻（級(jí)），所以四端測(cè)量法測(cè)量小電阻的準(zhǔn)確度很高。第二章 硬件電路的設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以TI公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機(jī)為控制核心在被測(cè)電阻Rx上通過(guò)已知恒定電流，取出被測(cè)電阻上的壓降，經(jīng)放大器放大轉(zhuǎn)換為0V3V 的直流

23、電壓，然后送入單片機(jī)自帶的ADC12進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)單片機(jī)后通過(guò)LED數(shù)碼管顯示被測(cè)電阻阻值。該系統(tǒng)通過(guò)串口可與PC機(jī)通信，借助PC機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力對(duì)其所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成所得數(shù)據(jù)的分析功能。 本次設(shè)計(jì)從電阻的精確測(cè)量和智能化著手，符合未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。設(shè)計(jì)的硬件電路包括電源模塊、恒流源模塊、電壓放大模塊、單片機(jī)模塊、LED顯示模塊、鍵盤輸入模塊、存儲(chǔ)模塊以及上位機(jī)串行通信模塊等。 下圖即為系統(tǒng)的組成原理框圖。2.2單元電路的設(shè)計(jì) 2.2.1 電壓源 本系統(tǒng)所用直流電由三種集成穩(wěn)壓器組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。由于在系統(tǒng)中恒流源需要1

24、2V電壓供電，MAX495需要5V電壓供電，MSP430系列單片機(jī)需采用3.3V供電，考慮到硬件系統(tǒng)對(duì)電源要求具有穩(wěn)壓、低功耗和紋波小等特點(diǎn)，因此該硬件系統(tǒng)的電源電壓分別采用三端穩(wěn)壓集成電路7812、7805以及TI公司出產(chǎn)的TPS76033芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。15V的交流電在整流之后采用了大容量的電解電容C6、C7、C8進(jìn)行濾波，以減小輸出電壓紋波。但由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對(duì)于來(lái)自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制，因此在整流電路后面加入高頻電容C1、C3、C4可以進(jìn)一步改善紋波，抑制瞬態(tài)噪聲干擾。這些電容應(yīng)該選用頻率特性好的陶瓷電容，通過(guò)電容濾波可以提高穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。 由于該三

25、種芯片能很好的滿足該硬件系統(tǒng)的要求，另外該類芯片具有很小的封裝，因此能有效節(jié)約PCB板的面積。為了使輸出電源紋波小，在輸出部分用了一個(gè)4.7uF的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個(gè)0.1uF的濾波電容，減小輸入端受到的干擾。 用78xx系列三端穩(wěn)壓器來(lái)組成穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓精度高、所需的外圍元件極少、體積小、重量輕，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格比較便宜，一般采用TO- 220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，其外形如下圖：TPS76033是一種低功耗、低壓降的穩(wěn)壓器，具有熱保護(hù)功能，關(guān)閉狀態(tài)靜態(tài)電流僅為1A。其引腳圖如下：如圖2-5，該圖所示的為采用LM317

26、構(gòu)成的輸出電流為1A的恒流源，其中電阻Rm可以設(shè)定，在此假設(shè)Rm取1.25歐。因?yàn)長(zhǎng)M317穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓（即引腳ADJ、Vout之間的電壓）為1.25V，故在Rm上會(huì)產(chǎn)生1A電流，這個(gè)電流全部流過(guò)負(fù)載，所以可認(rèn)為流過(guò)負(fù)載的是1A的恒定電流。輸入電容C23用于抑制紋波電壓，由于這種集成穩(wěn)壓器有很好的電壓調(diào)整率，負(fù)載上電壓的變化，由LM317輸入輸出的差值作為補(bǔ)償，所以只要輸入電壓足夠高，即使負(fù)載變化較大，也能提供理想的恒定電流。 LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊，它的輸出電流范圍為10mA到1.5A，具有輸出電壓可變、輸出波紋小、體積小

27、、性價(jià)比高、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。它有3個(gè)輸出端，即電壓輸入端、電壓輸出端和調(diào)節(jié)端，沒(méi)有公共接地端2.2.3信號(hào)放大 信號(hào)放大器通常是采用測(cè)量放大器，對(duì)于高精度弱信號(hào)的檢測(cè)，一般用二級(jí)放大器：第一級(jí)采用測(cè)量放大器，以提高輸入通道的共模抑制比；第二級(jí)為運(yùn)算放大器，以將第一級(jí)的輸出信號(hào)放大至滿足A/D轉(zhuǎn)換所要求的輸入電壓變換范圍。 同樣，要實(shí)現(xiàn)對(duì)微小電阻的測(cè)量，則要求放大器的分辨率高(高潮達(dá)10V)，線性度好，輸入阻抗高，并要求漂移低、抑制噪聲和抗干擾能力強(qiáng)，為此我們?cè)O(shè)計(jì)了如下圖信號(hào)處理電路所示的差動(dòng)放大器。此放大器由運(yùn)放A2、A3組成第一級(jí)差分式電路，A4組成第二級(jí)差分式電路，

28、R8、R9、RW2組成反饋網(wǎng)絡(luò),引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故有較高的輸入阻抗，且A2、A3都選同相端作為輸入端，則它們的共模輸出電壓和漂移電壓也都相等，再經(jīng)過(guò)A4組成的差分式電路，可以互相抵消，故它有很強(qiáng)的共模抑制能力和較小的輸出漂移電壓；A5是電壓反向跟隨器，其作用是使前后級(jí)隔離。分析此電路可得到下列方程從上式知輸出電壓U4與被測(cè)電阻Rx成正比。放大器的倍數(shù)由R8、R9、RW2而定，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為03V，本儀器設(shè)置放大器的放大倍數(shù)為1000倍，被測(cè)電阻正常時(shí)為幾毫歐。例如當(dāng)取測(cè)試范圍為2mW時(shí)，流過(guò)的電流為1A，對(duì)應(yīng)壓降為2mv，取信號(hào)放大電路放大1000倍后，在U4端得到2V

29、的直流電壓。為了保證放大器的分辨率和穩(wěn)定性，除上述電路本身優(yōu)點(diǎn)外，集成運(yùn)放A2、A3、A4選用了高精度、低噪聲、低漂移的MAX495（單電源運(yùn)算放大器，工作電源范圍是+2.7V6.0V）。反饋支路的電阻均選用高精度、低溫度系數(shù)的精密電阻，此外還采取了一些屏蔽措施有效地抑制了噪聲和干擾。測(cè)試時(shí)被測(cè)電阻與測(cè)試儀器間采用四端接線法，恒流源電流經(jīng)I輸入從接地端輸出，測(cè)量時(shí)用四根專用導(dǎo)線與被測(cè)電阻Rx連接，當(dāng)被測(cè)電阻較小時(shí)，為了避免導(dǎo)線電阻和接觸電阻的影響，四根連接導(dǎo)線要做到特性一致、阻抗相同，這樣就可以消除導(dǎo)線電阻和接觸電阻的影響。 2.2.4 單片機(jī) 單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)

30、的核心控制部分，主要是完成與其他電路的接口，在該系統(tǒng)中，單片機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)模擬量進(jìn)行采集，將采集得到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)，并通過(guò)LED數(shù)碼管顯示處理后得到的數(shù)據(jù)。 本系統(tǒng)使用的是MSP430F149單片機(jī)，具有如下特點(diǎn)： Ø  具有很低的供電電源，其供電電壓的范圍是：1.8V3.6V。  超低的功耗，這是目前其他單片機(jī)沒(méi)有的特色。它在休眠條件下工作的Ø 快速的喚醒時(shí)間。從休眠方式喚醒只需要6us。 Ø 快速的指令執(zhí)行時(shí)間。它采用的是16位的RISC結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時(shí)間只需要150nS，是傳統(tǒng)單

31、片機(jī)不能比擬的。 Ø 具有靈活的時(shí)鐘設(shè)置。主要有以下幾種方式：32kHz的晶體方式、高頻率晶體方式、諧振器方式和外部時(shí)鐘源方式。 Ø 兩通道串行通訊接口，可用于異步或同步模式。 Ø 片內(nèi)有多達(dá)60KB的Flash ROM和2KB RAM，用戶無(wú)需再外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 Ø 在電路板上預(yù)留一個(gè)JTAG接口，再配以一個(gè)普通的PC機(jī)，就可以很方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件的調(diào)試。 MSP430F149共有以下端口，分別為P1、P2、P3、P4、P5、P6 S和C

32、OM，它們都可以直接用于輸入/輸出。MSP430系統(tǒng)中沒(méi)有專門的輸入/輸出指令，輸入/輸出操作通過(guò)傳送指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些端口的每一位都可以獨(dú)立用于輸入/輸出，即具有位尋址功能。由于MSP430的端口只有數(shù)據(jù)口，沒(méi)有狀態(tài)口或控制口，在實(shí)際應(yīng)用中，如在查詢式輸入/輸出傳送時(shí)，可以用端口的某一位或者幾位來(lái)傳送狀態(tài)信息，通過(guò)查詢對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)來(lái)確定外設(shè)是否處于“準(zhǔn)備好”狀態(tài)。其中各個(gè)端口的功能分別為：（1）P1、P2端口：I/O，中斷功能，其他片內(nèi)外設(shè)功能如定時(shí)器、比較器；（2）P3、P4、P5、P6端口：I/O，其他片內(nèi)外設(shè)功能如SPI、UART模式，A/D轉(zhuǎn)換等；（3）S、COM端口：I/O，驅(qū)動(dòng)液晶

33、。 MSP430各端口具有豐富的控制寄存器供用戶實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。其中P1、P2具有7個(gè)寄存器，P3P6具有4個(gè)寄存器。通過(guò)設(shè)置寄存器我們可以實(shí)現(xiàn)：（1）每個(gè)I/O位獨(dú)立編程； （2）任意組合輸入、輸出和中斷； （3）P1、P2所有8個(gè)位全部可以用作外部中斷處理； （4）可以使用所以指令對(duì)寄存器操作； （5）可以按字節(jié)輸入、輸出，也可按位進(jìn)行操作。 端口P1、P2的功能可以通過(guò)它們的7個(gè)控制寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里，Px代表P1或P2。 （1）PxDIR：輸入/輸出方向寄存器。8位相互獨(dú)立，可以分別定義8個(gè)引腳的輸入/輸出方向。8位

34、再PUC后都被復(fù)位。使用輸入/輸出功能時(shí)，應(yīng)該先定義端口的方向。作為輸入時(shí)只能讀，作為輸出時(shí)，可讀可寫。 （2）PXIN：輸入寄存器，為只讀寄存器。用戶不能對(duì)它進(jìn)行寫入，只能通過(guò)讀取其寄存器的內(nèi)容來(lái)知道I/O口的輸入信號(hào)。所以其引腳的方向要選為輸入。如再鍵盤鍵盤掃描程序中經(jīng)常要讀取行線或者列線的端口寄存器值來(lái)判斷案件情況。（3）PXOUT：輸出寄存器。該寄存器為I/O端口的輸出緩沖寄存器，再讀取時(shí)輸出緩存的內(nèi)容與引腳方向定義無(wú)關(guān)。改變方向寄存器的內(nèi)容，輸出緩存的內(nèi)容不受影響。 （4）PXIFG：中斷標(biāo)志寄存器。它的8個(gè)標(biāo)志位標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有中斷請(qǐng)求有待處理。另外，外部中斷

35、事件的時(shí)間必須保持不低于1.5倍的MCLK時(shí)間，以保證中斷請(qǐng)求被接受，且使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位。 （5）PXIES：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。如果允許PX口的某個(gè)引腳中斷，還需定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。 （6）PXIE：中斷使能寄存器。PX口的每一個(gè)引腳都有一位用以控制該引腳是否允許中斷。0：禁止中斷，1：允許中斷。 （7）PXSEL：功能選擇寄存器。P1、P2兩端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過(guò)復(fù)用P1、P2引腳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。PXSEL用來(lái)選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。 端口P3、P4、P5、P6沒(méi)有中斷能力，其余功能同PI、

36、P2。除掉端口P1、P2與中斷相關(guān)的3個(gè)寄存器，端口P3、P4、P5、P6的4個(gè)寄存器（用法同P1、P2）分別為PXDIR、PXIN、PXOUT、PXSEL可供用戶使用。的內(nèi)容不受影響。 （4）PXIFG：中斷標(biāo)志寄存器。它的8個(gè)標(biāo)志位標(biāo)志相應(yīng)引腳是否有中斷請(qǐng)求有待處理。另外，外部中斷事件的時(shí)間必須保持不低于1.5倍的MCLK時(shí)間，以保證中斷請(qǐng)求被接受，且使相應(yīng)中斷標(biāo)志位置位。 （5）PXIES：中斷觸發(fā)沿選擇寄存器。如果允許PX口的某個(gè)引腳中斷，還需定義該引腳的中斷觸發(fā)方式。 （6）PXIE：中斷使能寄存器。PX口的每一個(gè)引腳都有一位用以控制該引腳是否允許中斷。

37、0：禁止中斷，1：允許中斷。 （7）PXSEL：功能選擇寄存器。P1、P2兩端口還具有其他片內(nèi)外設(shè)功能，將這些功能與芯片外的聯(lián)系通過(guò)復(fù)用P1、P2引腳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。PXSEL用來(lái)選擇引腳的I/O端口功能與外圍模塊功能。 端口P3、P4、P5、P6沒(méi)有中斷能力，其余功能同PI、P2。除掉端口P1、P2與中斷相關(guān)的3個(gè)寄存器，端口P3、P4、P5、P6的4個(gè)寄存器（用法同P1、P2）分別為PXDIR、PXIN、PXOUT、PXSEL可供用戶使用。 端口COM和S，它們實(shí)現(xiàn)與液晶片的直接接口。COM為液晶片的公共端，S為液晶片的段碼端。液晶片輸出端也可經(jīng)軟件配置為數(shù)字輸

38、出端口 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中要用到ADC12模塊，所以在此就其作一些簡(jiǎn)單的介紹。ADC12是12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，帶有采樣保持功能，它主要有以下特點(diǎn)： l 采樣速度快，最多可以達(dá)到200kbps。 l 轉(zhuǎn)換開(kāi)始可以由軟件定時(shí)器A和定時(shí)器B實(shí)現(xiàn)。 l 片內(nèi)參考電壓的產(chǎn)生可以由軟件編程選擇，也可以軟件選擇內(nèi)部參考還是外部參考。 l 具有可以隨便轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘源。 l 具有單通道單次轉(zhuǎn)換、單通道多次轉(zhuǎn)換、序列通道單次轉(zhuǎn)換和序列通道多次轉(zhuǎn)換4種轉(zhuǎn)換方式。具有16位的轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)寄存器。如圖2-8可見(jiàn)

39、，單片機(jī)的接口電路非常簡(jiǎn)單，分別采用單片機(jī)的一般I/O口實(shí)現(xiàn)與其他電路的連接。在單片機(jī)的時(shí)鐘設(shè)計(jì)上與其他單片機(jī)有一定的區(qū)別，MSP430F149單片機(jī)采用兩個(gè)時(shí)鐘輸入，一個(gè)32KHZ的時(shí)鐘信號(hào)，一個(gè)8MHZ的時(shí)鐘信號(hào)。該系統(tǒng)的時(shí)鐘部分都是采用晶體振蕩器實(shí)現(xiàn)的?？紤]到電源的輸入紋波對(duì)單片機(jī)的影響，在電源的管腳增加一個(gè)0.1uF的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此在這里需要考慮干擾的問(wèn)題，在該系統(tǒng)中的干擾較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個(gè)濾波電容以減小干擾。由于該單片機(jī)內(nèi)部集成了眾多的外圍模塊，不但使電路的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，還可以大大縮小電路

40、板的尺寸。如圖2-9所示，LED為共陰極數(shù)碼管，P4.0P4.7既為L(zhǎng)ED的段選線，又為L(zhǎng)ED的位選線，通過(guò)SNJ74AHC373J鎖存器與P5.1、P5.2的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。其工作方式為：當(dāng)P5.1高電平時(shí)，P4.0P4.7為L(zhǎng)ED的a、f、b、g、c、h、d、e的段選線；當(dāng)P5.0為高電平時(shí)，P4.0P4.7為L(zhǎng)ED的位選線，依次對(duì)應(yīng)D4、D3、D2、D1、D0。 因?yàn)镸SP430F149是一款低功耗的單片機(jī)，其IO端口的驅(qū)動(dòng)能力十分有限，所有在數(shù)碼管的段選信號(hào)、位選信號(hào)與MCU之間增加了兩片SNJ74AHC373J鎖存器，用作緩沖驅(qū)動(dòng)，這樣既可以正常驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管又可以保護(hù)MCU的IO

41、端口不會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而損毀。由上圖可以看出，通過(guò)一個(gè)上拉電阻將SHDN管腳拉高，使該芯片一直處于工作狀態(tài)，如果系統(tǒng)需要處于低功耗狀態(tài)，也可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制該管腳。在管腳C1+、C1-、C2+、C2-、V+、V-分別放置0.1uF的電容實(shí)現(xiàn)充電作用，滿足相應(yīng)的充電泵的要求。管腳T1OUT、TIN、RIOUT和RIN分別是232轉(zhuǎn)換的輸入輸出腳，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的TTL電平與上位機(jī)接口電平的轉(zhuǎn)換。為減小電源和輸入端的干擾，還需要在復(fù)位芯片的電源輸入腿加一個(gè)0.1uF的電容實(shí)現(xiàn)濾波。 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口模塊主要是與上位機(jī)的通信，單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行處理，從而減輕單片機(jī)系統(tǒng)的處理負(fù)擔(dān)。

42、由于單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)接口電平不同，因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換，這里采用SP3220芯片來(lái)完成該電平的轉(zhuǎn)換。MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部集成了兩個(gè)通用串行同步/異步模塊USART0和USART1，均支持兩種不同的串行協(xié)議，即；通用異步協(xié)議（UART協(xié)議）和同步協(xié)議（SPI協(xié)議）。本電路采用UART協(xié)議，實(shí)現(xiàn)串口通信相當(dāng)容易，只需要設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫骶涂梢允勾诠ぷ髌饋?lái)，再通過(guò)一個(gè)RS232接口芯片SP3220與PC機(jī)通訊。串口通信采用中斷機(jī)制，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)都采用中斷方式。這里采用SP3220芯片來(lái)完成該電平的轉(zhuǎn)換，SP3220芯片具有以下特點(diǎn)： 功耗低、封裝小 寬電壓

43、供電。供電電壓為：3.0V5.5V。 上傳速率可以高達(dá)235Kb/s。         增強(qiáng)性ESD規(guī)范。上圖2-12是DB9連接器的引腳定義，在此我們用到了引腳2和引腳3，其中引腳3為RXD，此引腳用于接收外部設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)；引腳2為TXD，此引腳將處理器的數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備本系統(tǒng)共采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵，直接用I/O口線構(gòu)成單個(gè)按鍵電路，其中采集鍵的作用是確定開(kāi)始采集并送LED顯示，查詢鍵用來(lái)查看歷史記錄，通信鍵用來(lái)開(kāi)串行中斷與PC通訊。 鍵盤掃描控制有定時(shí)查詢法和中斷控制法兩種，因?yàn)?/p>

44、MSP430F149單片機(jī)的P1端口有中斷能力，因此在此選擇使用中斷方式。 2.2.8存儲(chǔ)模塊 為了在某些特殊的場(chǎng)合下（如通信故障時(shí)），能夠成功的保存數(shù)據(jù)，應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部存儲(chǔ)模塊。本系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)模塊采用美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗CMOS型E2PROM器件AT24C02，它內(nèi)含256×8 位存儲(chǔ)空間，具有工作電壓寬(2.55.5 V)、擦寫次數(shù)多(大于10000 次)、寫入速度快(小于10ms)、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)不易丟失、體積小等特點(diǎn)。它采用了I2C總線規(guī)程，使主/從機(jī)雙向通信。主機(jī)通過(guò)SCL引腳產(chǎn)生串行時(shí)鐘信號(hào)

45、并發(fā)出控制字，控制總線數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始、方向和停止。無(wú)論是主機(jī)還是從機(jī)，接收到一個(gè)字節(jié)后必須發(fā)出一個(gè)確認(rèn)信號(hào)、。AT24C02 占用很少的資源和I/O線，并且支持在線編程，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存取十分方便。AT24C02與單片機(jī)的連接圖如圖2-14所示。AT24C02各引腳的功能如下： A2A0：這3個(gè)引腳是器件地址選擇引腳。將這3個(gè)引腳配置成不同的編碼值，在同一串行總線上最多可擴(kuò)充8片同一容量或不同容量24系列EEPROM芯片。 SCL：串行移位時(shí)鐘控制端。寫入時(shí)上升沿起作用，讀寫時(shí)下降沿起作用。 SDA：串行數(shù)據(jù)輸入輸出口，是一個(gè)雙向引腳，容量擴(kuò)展時(shí)可將多片24系

46、列的SDA引腳相連，實(shí)際使用時(shí)該引腳必須接一個(gè)上拉電阻。 TEST：硬件寫保護(hù)控制引腳。當(dāng)其為低電平時(shí)，正常寫操作，高電平時(shí)，對(duì)EEPROM部分存儲(chǔ)區(qū)域提供硬件寫保護(hù)功能，即對(duì)被保護(hù)區(qū)域只能讀不能寫。 GND：接地。 VCC：接+5V電壓。 2.2.9單片機(jī)復(fù)位 在單片機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)需要復(fù)位電路，復(fù)位電路可以采用RC復(fù)位電路，也可以采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路，RC復(fù)位電路具有經(jīng)濟(jì)性，但可靠性不高，用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路具有很高的可靠性，因此為了保證復(fù)位電路的可靠性，該系統(tǒng)采用復(fù)位芯片實(shí)現(xiàn)的復(fù)位，該系統(tǒng)采用MAX809芯片。為減小輸入端的干擾

47、，還需在復(fù)位芯片的電源輸入端加一個(gè)0.1uF的電容實(shí)現(xiàn)濾波。MAX809是一種單一功能的微處理器復(fù)位芯片，用于監(jiān)控微控制器和其他邏輯系統(tǒng)的電源電壓，它可以在上電、掉電和節(jié)電情況下向微控制器提供復(fù)位信號(hào)。當(dāng)電源電壓低于預(yù)設(shè)的門檻電壓時(shí)，器件會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，直到在一段時(shí)間內(nèi)電源電壓又恢復(fù)到高于門檻電壓為止。MAX809能監(jiān)控5V、3.3V和3V電壓，精度很高，不需要上拉電阻。MAX809有低電平有效的復(fù)位輸出，并使用3管腳的SOT23封裝，如下圖所示：第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)簡(jiǎn)介 IAR的Embedded Workbench是一個(gè)適應(yīng)各種不同

48、CPU的目標(biāo)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的集成環(huán)境。它提供方便且功能豐富的窗口界面，使開(kāi)發(fā)和調(diào)試的效率大大提高。 Embedded Workbench包含的實(shí)用工具有：具有語(yǔ)法表現(xiàn)能力的文本編輯器；編輯器；匯編器；連接器；函數(shù)庫(kù)管理器；實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化的Make工具；內(nèi)嵌C語(yǔ)言和匯編級(jí)的調(diào)試器CSPY。 EW430是針對(duì)專門MSP430的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其功能非常強(qiáng)大，而且以很快的的速度更新版本，它的基本特性為：代碼長(zhǎng)度和速度有多級(jí)優(yōu)化； 支持32位和64位浮點(diǎn)數(shù)； 支持硬件乘法器； 內(nèi)部函數(shù)支持低功耗模式； 支持C和匯編語(yǔ)言編程。3.2程序流程圖&#

49、160;本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，整個(gè)程序包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、數(shù)據(jù)處理程序、串行通訊程序、鍵盤模塊程序、LED顯示程序。所有的程序均采用C語(yǔ)言編寫，可以很方便地調(diào)試和下載程序代碼。 3.2.1 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)的主程序主要完成MSP430F149單片機(jī)系統(tǒng)的初始化、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘，調(diào)用鍵盤處理程序，根據(jù)不同的按鍵轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)程序，完成不同的功能，如數(shù)據(jù)的采集與處理、串行通信以及歷史記錄的查詢。其中串行通訊子程序不僅可以將單片機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)進(jìn)行處理分析，用戶也可以根據(jù)情況從PC機(jī)上設(shè)置待測(cè)數(shù)據(jù)多少以及測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短等。其基本流程圖如下：

50、3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊 該模塊主要是單片機(jī)通過(guò)A/D通道采集來(lái)自外部的電壓信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行處理。MSP430F149的A/D轉(zhuǎn)換有四種模式：?jiǎn)瓮ǖ绬未无D(zhuǎn)換，序列通道單次轉(zhuǎn)換，單通道多次轉(zhuǎn)換，序列通道多次轉(zhuǎn)換?？紤]到系統(tǒng)只有一路采集，故本系統(tǒng)采用單通道多次轉(zhuǎn)換，關(guān)于轉(zhuǎn)換模塊的選擇主要通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。信號(hào)采集的時(shí)間間隔通過(guò)定時(shí)器A來(lái)完成，就是在每次定時(shí)器中斷到來(lái)時(shí)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換采集到的數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)前先停止轉(zhuǎn)換，在讀取數(shù)據(jù)完畢后啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，如果得到數(shù)據(jù)，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位來(lái)通知主程序，告訴主程序已經(jīng)得到新的數(shù)據(jù)。整個(gè)程序采用中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)完成。下面

51、為該模塊的程序流程圖。3.2.3串口通信模塊 串口通信模塊主要完成單片機(jī)與上位機(jī)的通信，從而將采集到的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行處理。由于MSP430F149單片機(jī)具有片內(nèi)的UART，因此實(shí)現(xiàn)串口通信相當(dāng)容易，只需要設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫骶涂梢允勾诠ぷ髌饋?lái)。串口通信采用中斷機(jī)制，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)都采用中斷方式。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置一個(gè)標(biāo)志來(lái)通知主程序有數(shù)據(jù)到來(lái)，當(dāng)主程序有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，設(shè)置一個(gè)中斷標(biāo)志來(lái)進(jìn)入中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。串口通信模塊的程序流程圖如下：3.2.4鍵盤模塊 獨(dú)立式鍵盤是指使用按鍵與單片機(jī)的I/O口直接連接的方法構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。當(dāng)某一按鍵KEYn閉合時(shí)，該端口輸入低電平

52、，釋放時(shí)輸入高電平。由于機(jī)械按鍵的彈簧片存在著輕微的彈跳現(xiàn)象，故閉合或釋放過(guò)程都將存在一個(gè)抖動(dòng)期。為了確保CPU對(duì)按鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去掉抖動(dòng)。鍵盤掃描控制有定時(shí)查詢和中斷控制查詢，因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)的P0、P1、P2等3個(gè)8位端口都有中斷能力，故在此采用中斷方式。該模塊的流程圖和經(jīng)典代碼如下：#include<msp430x14x.h> unsigned char keybuf； unsigned char p1keyj(void)   / 判鍵子程序 unsign

53、ed char x; x=(P1IN&0Xf0); / P1.5P1.7 接有按鍵 return(x);；/ 有按鍵返回非全1 unsigned char keycode() / 找哪個(gè)按鍵被按下，查鍵值子程序 unsigned char x; if(P1IN&0xf0)= = 0x40) / 是否第一個(gè)按鍵 then x=1; else&#

54、160;if(P1IN&0xf0)= = 0x20) / 是否第二個(gè)按鍵 then x=2; else if(P1IN&0xf0)= = 0x20) / 是否第三個(gè)按鍵 x=3; return(x);  #pragma vector=PORT1_VECTOR _interrupt void p1int(void)  /端口1 的中斷服務(wù)程序 

55、while(p1keyj()!=0xf0) /沒(méi)有按鍵按下，返回全10xf0  delay(500); /延時(shí)消除抖動(dòng) while(p1keyj()!=0xf0)  keybuf = keycode();/確信有按鍵按下，找到按鍵得出鍵值，送到全局變量keybuf while(p1keyj()= =0) /等待按鍵松開(kāi)  /做對(duì)應(yīng)鍵盤的事務(wù)    void main()  WDTCTL&

56、#160;= WDTPW + WDTHOLD; / 關(guān)閉看門狗 P1IES|=BIT1+BIT2+BIT3;/ P1IE|=BIT1+BIT2+BIT3;/ _EINT(); P5DIR|=BIT1;   P5OUT&=BIT1; While(1) /keycode();    Swich(keycode()     Case 0xf0:break;

57、     Case1：采集     Case2：查詢 Case3：控制 3.2.5.顯示模塊 該部分主要完成數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)功能，P4.0P4.7即為L(zhǎng)ED的段選線，又為L(zhǎng)ED的位選線，通過(guò)373鎖存器與P5.1、P5.2的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。其工作方式為：當(dāng)P5.1 高電平時(shí)，P4.0P4.7為L(zhǎng)ED的a、f、b、g、c、h、d、e；當(dāng)P5.0為高電平時(shí)，P4.0P4.7為L(zhǎng)ED的位選線，依次對(duì)應(yīng)D4、D3、D2、D1、D0。該模塊相對(duì)比較簡(jiǎn)單，其經(jīng)典程序代碼如下：#

58、include<msp430x14x.h> #define LED1 0x3E; #define LED2 0x3D  #define LED3 0x3B; #define LED4 0x37; #define LED5 0x1F; int Digit10=0xD7，0x14，0xCD，0x5D，0x1E，0x5B，0xDB，0x15，0xDF，0x5F;  void Del

59、ay(int m) while(m->0;)void Display(int x) P4OUT=Digitx; P5OUT=0x02; P5OUT=0x00; P4OUT=Digitx; P5OUT=Digitx; Delay(500);  void main()   WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;  /關(guān)閉看門狗定時(shí)器  while(1)  P5DIR=0x

60、03;  P4DIR=0xFF; P4DIR=0x00; P5DIR=0x02; P5DIR=0x03; Display();            /要顯示的數(shù)據(jù)  3.2.6數(shù)據(jù)處理程序 這部分程序主要進(jìn)行阻值計(jì)算、數(shù)字濾波、代碼轉(zhuǎn)換等處理。數(shù)據(jù)處理程序思路:先將存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的電壓、電流12位二進(jìn)制數(shù)讀出，對(duì)電壓、電流數(shù)字量進(jìn)行雙精度數(shù)轉(zhuǎn)換和標(biāo)度變換，再進(jìn)行回路電阻值參數(shù)計(jì)

61、算，并進(jìn)行誤差校正和算術(shù)平均濾波。將測(cè)試電流值和計(jì)算的回路電阻值轉(zhuǎn)化為BCD碼，進(jìn)行LED顯示。數(shù)據(jù)處理程序如圖3-5所示。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾和噪聲的能力，保證測(cè)試的精度，對(duì)獲得的測(cè)量值進(jìn)行數(shù)字濾波處理，即進(jìn)行多次測(cè)量后取平均值。經(jīng)過(guò)軟、硬件濾波處理后的系統(tǒng)誤差大大降低。 數(shù)字濾波：用軟件來(lái)減小或消除測(cè)量誤差或信號(hào)中的無(wú)用成分。輸入信號(hào)為模擬信號(hào)經(jīng)采樣和A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，對(duì)數(shù)字量進(jìn)行一定的計(jì)算。設(shè)計(jì)中，對(duì)多次計(jì)算的回路接觸電阻值進(jìn)行算術(shù)平均濾波。 算術(shù)平均濾波就是連續(xù)取N個(gè)值進(jìn)行采樣，然后算術(shù)平均。采樣值的個(gè)數(shù)N視具情況而定，計(jì)算阻值時(shí)取35。 標(biāo)度變換:

62、將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量變換為帶有工程單位的數(shù)字量。先將測(cè)量值數(shù)字量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的物理量，再通過(guò)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的BCD碼，進(jìn)行數(shù)字顯示。第四章 系統(tǒng)誤差分析 4.1數(shù)據(jù)采集誤差分析 在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，軟件的計(jì)算誤差極小，精度主要決定于數(shù)據(jù)采集通道的精度。采集通道包括電壓、電流信號(hào)放大和濾波、A/D轉(zhuǎn)換等。 在本系統(tǒng)中，信號(hào)部分主要分為兩級(jí)放大和低通濾波，相當(dāng)于三級(jí)放大電路，故該部分的放大誤差等于三者誤差的疊加。其中每個(gè)放大器都有以下誤差情況：開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)位有限值造成的誤差、共模抑制比為有限值造成的誤差、由輸入偏置電流和失調(diào)電流電壓等影響產(chǎn)生的誤差、

63、由運(yùn)放電路中電阻的阻值不準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差。由于本設(shè)計(jì)中選用了高精度、低溫漂測(cè)量放大器MAX495,由此引起的誤差較小。 對(duì)由ADC12引起的誤差主要有量化誤差、非量化誤差、溫度漂移誤差和電源波動(dòng)誤差。其中供電電壓的不穩(wěn)定造成的影響較嚴(yán)重。4.2系統(tǒng)誤差的減小與消除 (1) 四端接線法 對(duì)于微小電阻的精密測(cè)量，測(cè)量引線電阻的影響是不容忽視的，必須采取有效措施加以克服。為此目的，我們?cè)谇懊娼榻B的四端接線法就是最簡(jiǎn)單可行的方法。同時(shí)應(yīng)該注意，具體接線時(shí)應(yīng)將電壓測(cè)量線接開(kāi)關(guān)連接桿的內(nèi)側(cè)，電流引線接開(kāi)關(guān)連接桿的外側(cè).為了消除測(cè)量回路的影響，應(yīng)采用足夠粗的導(dǎo)線并縮短長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)中對(duì)開(kāi)關(guān)電壓的測(cè)量采用兩對(duì)測(cè)試夾子，測(cè)試時(shí)夾子夾在導(dǎo)電桿上，實(shí)現(xiàn)四個(gè)端子測(cè)量觸頭兩端電壓。 (2) 系統(tǒng)誤差的減小 1. 在檢測(cè)系統(tǒng)中，用軟、硬件結(jié)合的辦法，通過(guò)軟件校正獲得滿意的結(jié)果。 2.減小工頻信號(hào)產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)測(cè)量精度的影響。對(duì)于工頻信號(hào)可能產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)測(cè)量精度的影響，在硬件上可以采用濾波電路，在軟件上采用多次數(shù)