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【TI博客大赛】基于MSP430单片机的电阻测量系统

在仪器仪表应用领域中,电阻测量是一个普遍的要求,本文将接受才用MSP430单片机实现电阻测量的系统,首先介少其硬件设计,然后介绍软件设计。

一般来说,只要知道电阻上的电压和刘静的电流就可以计算出电阻值,如果在已知电流的情况下,只要测出电阻上的电压就可以计算出电阻值,而电压的测量非常简单,采用MSP430单片机的A/D转换通道就可以完成,如下图1为系统的原理框图:

图1(系统的原理框图)

由图1可知该系统由电流源、放大器和跟随器组成恒流源。恒流源为系统提供恒定的电流,单片机只需要测试电阻上的电压就可以计算出电阻值。在本系统中,由于使用的是数字放大器,因此可以通过单片机来控制放大器的增益,从而使恒流源提供不同的电流输出,以满足不同的测量范围。

一、硬件电路设计

本系统的硬件电路主要包括电流源电路、放大器电路、跟随器电路和单片机电路。

1、电流源电路

电流源电路采用美国BURR-BROWN公司的REF200来实现。该芯片内含有两个100uA的恒流源和一个镜像电流源。该芯片的精度非常高,提供的电流精度为(100+-0.5)uA,并且低温系数为+-25ppm/摄氏度。该芯片使用也非常简单,只要在7管脚或8管脚上加上2.5v-40v之间的任何一个电压,就可以在1管脚或2管脚上分别输出100uA电流。如图2为具体的电路:

图2(电流源电路)

2、放大器电路

在本系统中,由于电流源提供的电流为100uA,因此需要进行放大处理,考虑通过单片机控制放大的增益,因此使用数字放大器。本系统采用的数字分地区是美国TI公司的PGA204芯片。PGA204芯片提供1、10、100和1000的可选增益,其输入偏置电压最高问哦50uV,输入偏置电流最大为2nA,具有很高的共模抑制比(115dB,G=1000时),适合作为测试仪精密的电压放大电路,如图3所示为实际电路图:

图3(放大器电路)

由图3看到,电流源提供在电阻R501上的压降为2mV,经过PGA204适当放大后在V0管脚输出放大后的电压。在设计电路时,需要将反馈管脚FB与输出管脚V0连在一起。PGA204芯片的A0管脚和A1管脚控制PGA204的增益。该两个管脚与单片机的一般I/O管脚进行连接,通过单片机来选择PG204A的增益。表1为A0、A1管脚上输入电平与增益的关系。

表1 PGA204的增益选择

A1的逻辑电平

A0的逻辑电平

增益(G)

0

0

1

0

1

10

1

0

100

1

1

1000

3、跟随器电路

为了获得稳定的恒流源,在放大电路后面增加跟随器电路。恒流源跟随器电路选用TI公司生产的具有极低偏置电流(1pA)的精密运算放大器OPA602来实现。如图4为具体的跟随器电路:

图4(跟随器电路)

图4中,REF和FB分别是放大电路的参考输入和输出。由电源电路、放大器电路和跟随器电路组成了本系统的恒流源电路。本恒流源电路提供GmA(G为放大电路的增益)的恒定电流。当G为1时,本系统测量的最大电阻为3K(选用模拟AVcc为参考电源,AVcc为3V)

本系统的的单片机电路也很简单,只需要将待测电阻的一段与单片机的1路A/D转换通道进行连接,通过两个一般I/O管脚(P1.0和P1.1)与PGA204的A0和A1进行连接。此外,P1.2管脚作为测量的启动键,P1.3为LED指示灯管脚。

二、软件设计

本系统的软件主要包括初始化程序、A/D转换程序和测试程序。您可以由此下载本系统的所有源程序:

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