[導讀] 摘要：本文介紹了一種以單片機為核心的智能式熱電阻校驗儀的硬件工作原理及其軟件設計、該校驗儀具有收發熱電阻信號的雙重功能，獨到之處是可發出無源熱電阻信號及對應的溫度值。
一、引言
目前，自動化儀表及計算機控制系統的調校、檢修、維護所需的熱電阻信號均使用電阻箱來模擬。由于電阻箱具有體積大，適應環境能力差.不能直接給出阻值所對應的溫度值等缺點，給使用者帶來了極大不便。為此.研制一種數字式、高精度、智能化熱電阻校驗儀是非常必要的。
二、硬件工作原理
智能式熱電阻校驗儀是一個圍繞80031單片機組成的應用系統，如圖1所示。該系統的硬件電路主要由電源、模擬和數字三部分組成。電源部分由模擬+5V、一5V、數字+5V、電橋十SV組成。模擬部分由采樣電路和模擬開關組成。數字部分由A/D轉換電路、單片機及顯示電路構成。
1.采樣電路
采樣電路由測電阻電橋、電阻信號發生器、溫度測量電路構成。測電阻和發電阻采樣電路的原理是采用熱電阻做為橋臂的電阻一電壓變換電路。為了消除連接電阻引起的采樣誤差，采用了三線制連接方式，如圖2所示。其中，熱電阻R用三條引線與電橋相連，設三條引線電阻相同，記為r，其中一條引線置于電源回路，，上產生的微小壓降并不影響橋路的平衡，另兩條分別置于橋的兩臂，若獷相等，也不影響橋的平衡，故起到了引線電阻補償的作用。
當需要測電阻時，通過測量橋路不平衡電壓和電阻K3上的電壓信號，分別作為被測熱電阻的電壓、電流采樣信號，經放大器放大后，分別送A/D轉換電路l和A/D轉換電路2，再送給單片機。在80C31單片機中，根據R,進行運算，從而得到被測電阻的阻值。
當需要發出無源熱電阻信號時，利用被校儀表所提供的測量電流，通過測量可調電位器和電阻R。的電壓信號，分別作為發出電阻的電壓、電流采樣信號，經放大器放大和A/D轉換電路1和A/D轉換電路2的轉換后，送80C負單片機進行計算處理，從而得到發出電阻的精確阻值。
為了進行環境溫度顯示及其誤差校正，需隨時測量現場環境溫度信一號。為此，采用了AD590做為溫度敏感元件。當環境溫度變化時，AD590的輸出毫伏信號也隨之變化，通過采樣這個毫伏信號，經A/D轉換電路2送80031單片機進行環境溫度顯示及其誤差校正處理。
2.模擬電子開關
它由量程切換開關、測量種類切換開關和鎖存器三部分組成，其電路原理如圖3所示。為了提高鉑電阻信號輸入輸出的精度，根據現場實際需要，將鉑電阻的測溫范圍分成四個量程段分別進行處理。由于這四個量程段相同(0一100.C，100一200 ＇C，200一300 `C，300一400＇0＇ )，只是起點溫度和終點溫度不同，所以量程的自動切換可以采用改變放大器負輸入端的基準電壓，并配合相應的軟件來實現。
基準電壓的改變采用了單八通道模擬開關4051來控制。4051的A,B,C端為開關導通地址選擇線。當C,B,A的輸入數字信號為000時，X0導通.OP07放大器的負輸入端與模擬地相接，其基準電壓為0,當C,B,A的輸入數字信號為001時，X:導通，OP07的負輸入端與k、一端相接，其基準電壓為R。上的壓降;當C,B,A的輸入數字信號為010時，X:導通，OP07的負輸入端與k。一端相接，其基準電壓為R;和尺;上的壓降之和;當C,B,A的輸入數字信號為011時，X3導通，OP07的負輸入端與X3一端相接，其基準電壓為" 3 , ";和R上的壓降之和?？梢姡刂艫,B,C端的輸入數字信號，便可改變OP07放大器的負輸入端的基準電壓，從而實現量程的自動切換。
由于單片機輸入采樣信號有三種選擇，即測電阻、發電阻和環境溫度信號。本設計選用了三二通道模擬開關4053來進行選擇信號種類的控制。4053的A,B,C的輸入數字信號為開關導通地址選擇線。當C,B,A的輸入數字信號為111時.處于測電阻狀態，X,和X導通，測電阻的電壓信號接OP07的正輸入端，經放大器放大送A/D轉換電路1.Y:和Y導通，導致Z:和Z接通，電流信號送A/D轉換電路2;當C,B,A的輸入數字信號為100時，處于發電阻狀態，X,、和X導通，發電阻的電壓信號接OP07的正輸入端，經放大器放大送A/D轉換電路I.Y。與Y導通，導致Z:和Z接通，發電阻電流信號送A/D轉換電路2;當C,B,A的輸入數字信號為OXX時，Z0與Z導通，環境溫度信號送A/D轉換電路2?？梢?，控制A,B,C;端輸入數字信號，便可實現單片機輸人采樣信號的選擇。
4051和4053的八、B,C端的輸入數字信號為開關控制信號，由單片機通過開關分析后發出，并經數據總線加到40174鎖存器的輸入端，進行鎖存。
3. A/D轉換電路
A/D轉換電路選用了CMOS的D芯片ICL7I35擔任，它以雙積分原理進行轉換，具有自動校零，自動極性轉換，動態字位掃描，BCD碼輸出，自動量程切換等功能，轉換精度高，且易于與總線聯接。在ICL7135中，睡個轉換周期結束時，都要從ST百端發出一個中斷請求信號，單片機采用中斷查詢方式進行＇fit據采集。
4.單片機處理系統和液晶顯示電路
本系統選用了80C31作為CPU。由于80C 3 1內部無程序存貯器，故擴展了一片16K的程序存貯器27C128,用來存放各種程序和熱電阻分度表以及誤差校正數據等。又由于80C31單片機的P。口是分時復用的地址/數據總線，因此在程序存貯器擴展時，選用了帶三態緩沖輸出的八D鎖存器74LS373作為地址鎖存器，將地址信號從地址/數據總線中分離出來。
液晶顯示采用YN05KX1大液晶片，數據顯示清晰，可讀性好。顯示驅動電路選用了BCD一七段鎖存/譯碼/液晶顯示驅動器14543和液晶顯示驅動器4054兩種CMOS芯片.鎖存控制信號由輸出譯碼器4028提供。
三、系統軟件設計
由于采用了單片機技術，所以在系統設計時，盡可能地利用軟件來代替硬件。如零點校正、線性補償、溫度補償等均由軟件實現，這樣可大大降低成本。
在整個軟件的設計上采用了結構化設計方法和模塊化技術。頂層是主程序，它負責第二層功能模塊的管理和調用。功能模塊包括各種熱電阻功能處理程序、中斷服務程序、顯示程序等。底層包括誤差修正程序和溫度查表程序等。每個模塊完成一個特定功能，使整個軟件易于理解、修改和擴展。
軟件工作流程如圖4所示。其工作過程是:上電后，系統進行初始化，包括設置中斷觸發方式、優先權、開中斷、標志位、地址指針.清暫存單元和顯示緩沖區等。然后進行開關分析，根據開關狀態，選擇調用哪種熱電阻處理程序。在各種熱電阻處理程序中，首先進行電阻值計算，然后進行零點校正、線性補償等.最后進行溫度誤差校正及送液晶顯示。當需要顯示熱電阻所對應的溫度值時，調用溫度查表子程序，將溫度信號送液品顯示。
本系統設計了二個中斷服務程序，分別完成收發電阻所需的電壓信號和電流信號的采樣工作。為了提高采樣數據的抗干擾能力和顯示的穩定性，采用了四次采樣求和平均的辦法修正采樣數據。
四、結束語
該校驗儀具有以下特點:
(1) 由于采用軟件代替了部分硬件電路。簡化了模擬電路，降低了成本。
(2)對許多關鍵元器件，不必要求參數的精確度，只要求其穩定性，從而放寬了生產過程中對元器件的篩選。
(3)精度高、性能穩定可靠、操作簡單、使用方便。