賈巖

（河北正巖電子科技有限公司，河北 石家莊 050000）

高精度數(shù)字電壓表方案設(shè)計(jì)

賈巖

（河北正巖電子科技有限公司，河北 石家莊 050000）

數(shù)字電壓表主要運(yùn)用數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)，將持續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變成不連續(xù)的數(shù)值，再經(jīng)由顯示元件展現(xiàn)出來。本文從A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和外圍電路設(shè)計(jì)等方面，探討了高精度數(shù)字電壓表方案的設(shè)計(jì)，并分析了系統(tǒng)軟件流程、儀表調(diào)試和注意事項(xiàng)。

高精度；數(shù)字電壓表；方案設(shè)計(jì)

高精度數(shù)字電壓表的出現(xiàn)，一方面是適應(yīng)了實(shí)時(shí)調(diào)控和信息處理的需求，另一方面也是由于電子計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，激發(fā)了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的不斷進(jìn)化。因此，高精度數(shù)字電壓表是智能化儀器發(fā)展的重要標(biāo)志之一。如今，數(shù)字電壓表已經(jīng)基本取代了以往的指針電壓表。有關(guān)人員要深入研究數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案，推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步發(fā)展。

1 電阻應(yīng)變片式傳感器

電阻應(yīng)變片屬于一種較為敏感的部件，其能夠把測(cè)試目標(biāo)中的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)為電信號(hào)，且這種部件也是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要構(gòu)成元素。一般情況下，可以把電阻應(yīng)變片利用特別的粘合劑緊緊粘在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變的基體之上，一旦基體由于受力而產(chǎn)生應(yīng)力變化，電阻應(yīng)變片就會(huì)隨之變形，進(jìn)而促使阻值也產(chǎn)生轉(zhuǎn)變，最終達(dá)到轉(zhuǎn)變電壓的目的。在實(shí)際制作過程中，經(jīng)常會(huì)使用應(yīng)變電橋，把較小的阻值改變成電壓的變化。

2 方案設(shè)計(jì)

電壓訊號(hào)的測(cè)定精度主要是根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換電路而定的。系統(tǒng)使用了CIR R USLOGIC公司生產(chǎn)的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5532。該芯片的差動(dòng)輸入端能夠直接檢測(cè)出源自于傳感器的差模訊號(hào)，從而使得和外圍電路的聯(lián)結(jié)更為簡(jiǎn)便?？删幊淘鲆娣糯笃髂軌蛘{(diào)節(jié)放大倍數(shù)，如1X、2X、4X、8X、64X。

3 系統(tǒng)軟件流程

（1）系統(tǒng)初始化函數(shù)。CS5532的系統(tǒng)初始化可劃分成SY NCO以及SY NC1這兩個(gè)命令。其中，SY NCO命令對(duì)CS5532寫OxFE，而SY NC1又對(duì)CS5532寫15個(gè)字節(jié)的OxFF。在該設(shè)計(jì)方案中，這兩個(gè)命令在SY NC函數(shù)中共同進(jìn)行。

使用SY NC函數(shù)的過程較為簡(jiǎn)便，僅需給SY NC函數(shù)中的形參賦值為127。CS5532寄存器初始化的主要目的是對(duì)CS5532錄入需要操作的命令。因?yàn)镃S5532的有關(guān)寄存器屬于32位，因此需要?jiǎng)澐殖?個(gè)字節(jié)錄入。對(duì)此類寄存器進(jìn)行配置主要是為了確定放大的具體倍數(shù)，挑選出采樣渠道和轉(zhuǎn)變形式、轉(zhuǎn)變速度等。具體源碼為：

voidNII’CS5532(void)

{

CS5532SDO=1;

CS5532SDI=Q

CS5532AO=Q

CS5532A1=Q

CS5532CLK=Q

WR ITEONEBY TE‘I0CS5532(Ox03);

/寫配置寄存器指令(03)/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

/寫入的內(nèi)容/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x40);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR ITEONEBY TE‘I0CS5532(Ox05);

/寫采集通道設(shè)置寄存器命令字(O5)/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

/寫入的內(nèi)容/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(OxCO);

/啟動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換/

CS5532SDO=1;

/向CS5532寫一字節(jié)/

voidWR II’EONEBY T E‘I0CS5532(ucharWR II’EBY TE)

{uintidataWR II’ELOOPCONTER=0,/定義循環(huán)變量/

ucharbdataWR II’E70POR TBII’=0；

CS5532CLK=Q

}r(WR II’ELOOPCONT ER=QWR 1T ELOOPC ONTER G8;WR ITE

LOOPCONTER++)

{

W R ITEIO PO RTBII’} VR II’EBY TEGGWR IIELOOPCONTER;

WR 1T ET OPOR T BIT WVR II’ET OPOR T BII’&0x8認(rèn)

W R1TETOPORTB1T} VR II’ETOPOR TBII’GG7;

CS5532SDIWR ITETOPOR TBII;

CS5532CLK=1;

}

（2）采樣函數(shù)。采樣函數(shù)的根本性質(zhì)就是MCU對(duì)CS5532的采樣數(shù)據(jù)寄存器實(shí)施讀取操作的整個(gè)流程。CS5532的采樣數(shù)據(jù)寄存器為32位，且采樣數(shù)據(jù)在此之中占據(jù)了24位，其余8位都屬于極性，采樣數(shù)據(jù)溢出等標(biāo)志位。

4 儀表調(diào)試和注意事項(xiàng)

（1）傳感器激勵(lì)電源。該方案主要是通過儀表內(nèi)部所提供的傳感器進(jìn)行電源激勵(lì)。因?yàn)樵摲桨敢髠鞲衅鞯臋z測(cè)具有較高靈敏度，且單位是mV/V，因此，激勵(lì)電源對(duì)于最終檢測(cè)的精確程度產(chǎn)生著極為關(guān)鍵的效用。此方案中，對(duì)于傳感器激勵(lì)電源也有兩大要求。首先是要準(zhǔn)，其次是要穩(wěn)。這兩個(gè)要求不僅是檢測(cè)的基礎(chǔ)，也是不可或缺的前提條件。（2）儀表校準(zhǔn)源（標(biāo)定源）。此方案選用的是外部校準(zhǔn)源，而這一校準(zhǔn)源也必須要符合以上兩大要求。校準(zhǔn)儀表和校準(zhǔn)源都必須要預(yù)熱至少30 min。（3）電壓表的溫漂和及時(shí)漂。在高精度數(shù)字電壓表的生產(chǎn)和檢測(cè)過程中，如果溫度相對(duì)穩(wěn)定，則儀表帶上所承載的持續(xù)檢測(cè)3 h時(shí)間漂移不應(yīng)超過2個(gè)最低分度值的差異。將室內(nèi)溫度作為參考條件，其上升與下降10℃的溫度漂移不能超過3個(gè)分度值的差異。

5 結(jié)語

在該設(shè)計(jì)方案中，對(duì)于電阻應(yīng)變片式傳感器的生產(chǎn)和制作要求必須量身而作，要確保其精度能夠達(dá)到5位半。這一設(shè)計(jì)方案所需成本較低，且操作起來也比較便捷，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并在高精度數(shù)字電壓表的實(shí)際生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。

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1671-0711（2016）10（上）-0091-02