高精度数字电压表方案设计

贾岩

（河北正岩电子科技有限公司，河北 石家庄 050000）

高精度数字电压表方案设计

贾岩

（河北正岩电子科技有限公司，河北 石家庄 050000）

数字电压表主要运用数字化检测技术，将持续的电压值转变成不连续的数值，再经由显示元件展现出来。本文从A/D转换电路、单片机和外围电路设计等方面，探讨了高精度数字电压表方案的设计，并分析了系统软件流程、仪表调试和注意事项。

高精度；数字电压表；方案设计

高精度数字电压表的出现，一方面是适应了实时调控和信息处理的需求，另一方面也是由于电子计算机的高速发展，激发了脉冲数字电路技术的不断进化。因此，高精度数字电压表是智能化仪器发展的重要标志之一。如今，数字电压表已经基本取代了以往的指针电压表。有关人员要深入研究数字电压表的设计方案，推动其实现进一步发展。

1 电阻应变片式传感器

电阻应变片属于一种较为敏感的部件，其能够把测试目标中的应变变化转为电信号，且这种部件也是压阻式应变传感器的主要构成元素。一般情况下，可以把电阻应变片利用特别的粘合剂紧紧粘在产生力学应变的基体之上，一旦基体由于受力而产生应力变化，电阻应变片就会随之变形，进而促使阻值也产生转变，最终达到转变电压的目的。在实际制作过程中，经常会使用应变电桥，把较小的阻值改变成电压的变化。

2 方案设计

电压讯号的测定精度主要是根据A/D转换电路而定的。系统使用了CIR R USLOGIC公司生产的24位A/D转换芯片CS5532。该芯片的差动输入端能够直接检测出源自于传感器的差模讯号，从而使得和外围电路的联结更为简便。可编程增益放大器能够调节放大倍数，如1X、2X、4X、8X、64X。

3 系统软件流程

（1）系统初始化函数。CS5532的系统初始化可划分成SY NCO以及SY NC1这两个命令。其中，SY NCO命令对CS5532写OxFE，而SY NC1又对CS5532写15个字节的OxFF。在该设计方案中，这两个命令在SY NC函数中共同进行。

使用SY NC函数的过程较为简便，仅需给SY NC函数中的形参赋值为127。CS5532寄存器初始化的主要目的是对CS5532录入需要操作的命令。因为CS5532的有关寄存器属于32位，因此需要划分成4个字节录入。对此类寄存器进行配置主要是为了确定放大的具体倍数，挑选出采样渠道和转变形式、转变速度等。具体源码为：

voidNII’CS5532(void)

{

CS5532SDO=1;

CS5532SDI=Q

CS5532AO=Q

CS5532A1=Q

CS5532CLK=Q

WR ITEONEBY TE‘I0CS5532(Ox03);

/写配置寄存器指令(03)/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

/写入的内容/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x40);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR ITEONEBY TE‘I0CS5532(Ox05);

/写采集通道设置寄存器命令字(O5)/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

/写入的内容/

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x02);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(0x00);

WR IPEONEBY TE‘I0CS5532(OxCO);

/启动连续转换/

CS5532SDO=1;

/向CS5532写一字节/

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

{uintidataWR II’ELOOPCONTER=0,/定义循环变量/

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认

W R1TETOPORTB1T} VR II’ETOPOR TBII’GG7;

CS5532SDIWR ITETOPOR TBII;

CS5532CLK=1;

}

（2）采样函数。采样函数的根本性质就是MCU对CS5532的采样数据寄存器实施读取操作的整个流程。CS5532的采样数据寄存器为32位，且采样数据在此之中占据了24位，其余8位都属于极性，采样数据溢出等标志位。

4 仪表调试和注意事项

（1）传感器激励电源。该方案主要是通过仪表内部所提供的传感器进行电源激励。因为该方案要求传感器的检测具有较高灵敏度，且单位是mV/V，因此，激励电源对于最终检测的精确程度产生着极为关键的效用。此方案中，对于传感器激励电源也有两大要求。首先是要准，其次是要稳。这两个要求不仅是检测的基础，也是不可或缺的前提条件。（2）仪表校准源（标定源）。此方案选用的是外部校准源，而这一校准源也必须要符合以上两大要求。校准仪表和校准源都必须要预热至少30 min。（3）电压表的温漂和及时漂。在高精度数字电压表的生产和检测过程中，如果温度相对稳定，则仪表带上所承载的持续检测3 h时间漂移不应超过2个最低分度值的差异。将室内温度作为参考条件，其上升与下降10℃的温度漂移不能超过3个分度值的差异。

5 结语

在该设计方案中，对于电阻应变片式传感器的生产和制作要求必须量身而作，要确保其精度能够达到5位半。这一设计方案所需成本较低，且操作起来也比较便捷，目前已经实现批量生产，并在高精度数字电压表的实际生产中获得了广泛应用。

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TM 930

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1671-0711（2016）10（上）-0091-02