一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高精度仪器仪表领域，特别是一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪。
【背景技术】
[0002]高精度电阻测量仪器在高精度电阻测量中有着极其重要的作用，是电子产品质量检验的重要手段之一。因此在新产品开发、电子仪器的维修和产品质量检验等领域均有重要的现实意义。现实情况下，高精度电阻的测量容易受到环境噪声、测量方法以及仪器本身稳定性的影响，这些因素是在设计高精度电阻测量仪中必须所要考虑的。
[0003]目前高精度电阻测量仪器大多基于电桥法测量电阻，即将电阻接入电桥中，通过改变可变电阻阻值的大小使得电桥中无电流流过。仪器中可变电阻值的改变必须均匀，且最小改变量将直接影响电阻测量的精度，可变电阻阻值改变范围将直接影响电阻测量的范围。为了打到电阻测量范围大、测量精度高的目的，这种基于电桥法的电阻测量仪器中可变电阻需要精心设计，往往需要定做。而基于电桥法的改进电桥，华沙夫斯基电桥、三次平衡电桥、开尔文双电桥、双臂电桥等电桥更加复杂。因此这种电桥法电阻测量仪成本非常高、体积巨大、携带不方便且操作繁琐。此外，还有一些基于比较法、替代法、四线电阻测量法的电阻测量仪器，但是这些方法都不能达到电阻的高精度测量。市场上，精度可达到0.05%的纯电阻测量仪器非常少见，而且常带有测量电容、电感等功能，价格高昂。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪，本实用新型的电阻测量精度高、结构简单、携带方便、成本低且实用性强。
[0005]本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案:
[0006]根据本实用新型提出的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪，包括高精度可调恒流源模块、档位控制模块、仪表放大器模块、模拟/数字转换模块、处理模块、显示模块和矩阵键盘模块；其中，
[0007]所述档位控制模块、仪表放大器模块、模拟/数字转换模块依次顺序连接，档位控制模块、模拟/数字转换模块、显示模块、矩阵键盘模块分别与处理模块连接，档位控制模块、高精度可调恒流源模块分别与外部待测电阻连接。
[0008]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述处理模块为单片机。
[0009]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述单片机为MSP430F5529单片机。
[0010]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述高精度可调恒流源模块为高精度运算放大器OPA376芯片。
[0011]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述仪表放大器模块为INA826高精密仪表放大芯片。
[0012]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述模拟/数字转换模块为ADSl 118模拟/数字电压转换芯片。
[0013]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述矩阵键盘模块采用立式4脚轻触开关。
[0014]作为本实用新型所述的一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪进一步优化的方案，所述显示模块为LCD_ILI9325显示器。
[0015]本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
[0016](I)本实用新型利用价格相对低廉的高精密芯片来实现0.05%精度的电阻测量，而且附带电阻筛选功能；高精度运算放大器芯片OPA376、高精密仪表放大芯片INA826和16位模拟/数字电压转换芯片ADS1118是程控高精度电阻测量仪达到0.05%测量精度的基础，档位之间使用了滑动变阻器进行电压微调，从而实现档位间的匹配；
[0017](2)由于采用16位模拟/数字电压转换芯片ADS1118，参考电压程控设置为4.096V，分辨率为16位即65535，此条件下对应的电压分辨率Λ V=4.096V/65535=62.5uV，高精度可调恒流源模块可产生最小为2.5mA精密电流，电阻分辨率AR=A V/2.5mA=25mQ。当待测电阻R=50 Ω时，测量精度为:25m Ω /50 Ω =0.05%。当待测电阻大于50欧时，就可以实现测量误差小于0.05% ;
[0018](3)本实用新型采用单片机MSP430F5529作为微控制中心，以低噪声、低静态电流与失调电压的高精度运算放大器OPA376作为高精度可调恒流源核心、以高精密仪表放大器INA826设计仪表放大电路、以单片机对继电器的控制来实现档位控制，并通过16位高精度模拟/数字转换器ADS1118读取待测电阻两端电压，然后TFT_ILI9325屏显示测量数据，结构简单，携带方便，电阻测量精度高，成本低，实用性强。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的系统原理框图。
[0020]图2是本实用新型的高精度可调恒流源电路图。
[0021]图3是本实用新型的档位控制电路图。
[0022]图4是本实用新型的仪表放大器电路图。
[0023]图5是本实用新型的模拟/数字转换电路图。
[0024]图6是本实用新型的LCD_ILI9325屏显示电路图。
[0025]图7是本实用新型的矩阵键盘电路图。
[0026]图8是本实用新型的主控单片机电路图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明:
[0028]如图1是本实用新型的系统原理框图，一种基于模数转换器的程控高精度电阻测量仪，包括高精度可调恒流源模块、档位控制模块、仪表放大器模块、模拟/数字转换模块、处理模块、显示模块和矩阵键盘模块；其中，
[0029]所述档位控制模块、仪表放大器模块、模拟/数字转换模块依次顺序连接，档位控制模块、模拟/数字转换模块、显示模块、矩阵键盘模块分别与处理模块连接，档位控制模块、高精度可调恒流源模块分别与外部待测电阻连接。
[0030]所述处理模块为单片机，所述单片机为MSP430F5529单片机。
[0031 ] 所述高精度可调恒流源模块为高精度运算放大器OPA376芯片。
[0032]所述仪表放大器模块为INA826高精密仪表放大芯片。
[0033]所述模拟/数字转换模块为ADSl 118模拟/数字电压转换芯片。
[0034]所述矩阵键盘模块采用立式4脚轻触开关。
[0035]所述显示模块为LCD_ILI9325显示屏。
[0036]如图2是本实用新型的高精度可调恒流源电路图，主要包含了高精度运算放大器OPA376芯片、C2V7稳压二极管Dl和1N4745稳压二极管D2。VCC_+5V通过第一电阻Rl和C2V7稳压二极管Dl直接与GND相连，第一电阻Rl与C2V7稳压二极管Dl连接端与高精度运算放大器OPA376芯片3脚相连。OPA376芯片4脚和7脚分别与VCC__5V和VCC_+5V相连，I脚、5脚和8脚不接，输出脚6脚与第二电阻R2连接，第二电阻R2的另一端接9013三极管基极，9013三极管集电极作为电阻接入端口 OUT2，而发射极分别与OPA376芯片2脚和第三滑动变阻器R3 —端连接，第三滑动变阻器R3另一端与GND相连。待测电阻通过OUTl和OUT2端口接入，其中OUTl端口与第四电阻R4和1N4745稳压二极管D2连接端相连供电，第四电阻R4另一端接VCC_+18V，D2另一端接GND。通过改变滑动变阻器R3的阻值，使得流过端口 OUTl与0UT2的电流稳定在2.5mA。
[0037]如图3是本实用新型的档位控制电路图，具体地显示了档位控制模块的电路，包含了双刀双掷继电器、滑动变阻器、9013三极管和电阻。双刀双掷继电器Kl的开关I输入端与仪表放大器模块电压输出端OUT相连，Kl的开关I的2个输出端I和2分别与双刀双掷继电器K2的开关I输入端和第九滑动变阻器R9连接，第九滑动变阻器R9另一端接GND，R9可变电阻端接Kl的开关I的输出端I。Kl的开关2的输入端接待测电阻端0UT1，K1的开关2的输出端I不接，而Kl的开关2的输出端2接第五电阻R5 —端，第五电阻R5另一端接待测电阻端0UT2。双刀双掷继电器Kl控制端分别与VCC_+5V和9013三极管集电极连接，9013三极管发射极接GND，基极通过电阻R7与单片机P2.0 口连接。
[0038]双刀双掷继电器K2的开关I的输出端I接模拟/数字转换模块的输入端0UT0_AD，K2的开关I的输出端2接第十滑动变阻器R10，第十滑动变阻器RlO另一端接GND，R10可变电阻端接K2的开关I的输出端I。K2的开关2的输入端接待测电阻端OUT I，K2的开关2的输出端I不接，而K2的开关2的输出端2接第六电阻R6 —端，R6另一端接待测电阻端0UT2。双刀双掷继电器K2控制端分别与VCC_+5V和9013三极管集电极连接，9013三极管发射极接GND，基极通过电阻R8与单片机P2.1 口连接。
[0039]ControlJU与Control_02控制端口由单片机MSP430F5529高低电平控制，00对应50 Ω-500 Ω档位，10对应500 Ω-5k Ω档位，01对应5k Ω-50k Ω档位(O表示低电平，I表示高电平)。第九滑动变阻器R9和第十滑动变阻器RlO用于微调500-5kQ档位和5kQ-50kQ档位下送与模拟/数字转换芯片ADSl 18的电压，匹配三个档位，从而减小测量误差。
[0040]如图4，显示了仪表放大器模块的电路，用于获取待测电阻OUTl与0UT2两端电压，由高精密仪表放大芯片INA826构成。INA826芯片的2脚与3脚不接，5脚、8脚分别接VCC_-18V和VCC_+18V，6脚接GND，I脚、4脚分别接0UT2和OUTl待测