嵌入式高精度电阻源的研究

发布时间：2017-09-05 02:36

  本文关键词：嵌入式高精度电阻源的研究

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【摘要】：仪器仪表是用以测量计算各种物理量的设备,被广泛应用于工业生产中,为了保证测量准确性和生产可靠性,国家规定仪器仪表在使用前必须进行校验。在校验的设备中,直流电阻源可以校准万用表欧姆档,但是目前国内电阻源的精度较低,所以电阻源的研究对于校验仪器仪表有重要的意义。本文设计一种宽量程,高精度的嵌入式电阻源,研究电阻源的原理,设计系统总体方案,对电阻源误差进行分析,在此基础上进行硬件和软件设计,并搭建电阻源验证平台测试电阻源的精度,具体研究内容如下:首先,进行嵌入式高精度电阻源系统的总体方案设计,研究电流型和电压型电阻源原理并设计其电路方案,分析了两种电路的适用条件,并基于此设计量程分配方案,采用不同的电路结构以及切换标准电阻扩大电阻源的量程范围,然后仿真验证电路方案设计的可行性。其次,对于电阻源电路中的各个环节分别建立误差分析模型,计算电阻源电路输出的绝对误差。针对误差的来源分别采用硬件补偿和软件补偿的方法,提高电阻源的精度,然后根据技术指标和误差分析对其中关键器件进行选型。再次,进行电阻源硬件和软件的设计。硬件设计包括电流和电压测量模块、数模转换器模块、嵌入式处理器模块和电源模块,软件设计包括上位机软件设计和嵌入式处理器内部逻辑设计,上位机软件发送命令与处理器通信,实现人机交互功能,处理器内部逻辑设计包括嵌入式软核设计和外围逻辑设计,是系统的控制核心。最后,搭建电阻源的验证平台,采用数字万用表作为核心测量设备,并设计自动测试软件实现电阻源的自动测试。在此验证平台上测试了电阻源子模块的误差,并针对电阻源各个量程进行测试,比较误差补偿前后测试结果,计算测试精度,并对测试结果进行了分析。
【关键词】：电阻源 电流型电路 电压型电路 误差分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH706
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-13
• 1.2.1 国内外研究现状10-13
• 1.2.2 研究现状分析13
• 1.3 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 系统总体方案设计15-33
• 2.1 嵌入式高精度电阻源系统总体方案15-16
• 2.2 电阻源电路方案设计16-22
• 2.2.1 电流型电路方案设计17-20
• 2.2.2 电压型电路方案设计20-22
• 2.3 量程分配方案设计22-25
• 2.4 电阻源电路仿真结果及分析25-32
• 2.4.1 电流型电路仿真25-29
• 2.4.2 电压型电路仿真29-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 电阻源系统误差分析与误差补偿33-47
• 3.1 电阻源技术指标及分析33-34
• 3.2 系统误差分析34-40
• 3.2.1 运算放大器误差分析34-37
• 3.2.2 继电器误差分析37-38
• 3.2.3 数模转换器误差分析38-39
• 3.2.4 电阻源电路误差分析39-40
• 3.3 系统误差补偿方法设计40-44
• 3.3.1 硬件补偿方法设计40-43
• 3.3.2 软件补偿方法设计43-44
• 3.4 器件选型44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 系统硬件和软件设计47-58
• 4.1 硬件设计47-52
• 4.1.1 硬件总体方案设计47-48
• 4.1.2 电流型模块设计48-49
• 4.1.3 电压型模块设计49-50
• 4.1.4 数模转换器模块设计50
• 4.1.5 嵌入式处理器模块设计50-51
• 4.1.6 电源模块设计51-52
• 4.2 软件设计52-57
• 4.2.1 上位机软件设计52-55
• 4.2.2 FPGA内部逻辑设计55-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 电阻源验证平台搭建及测试结果58-70
• 5.1 电阻源验证平台搭建58-61
• 5.2 测试结果及分析61-69
• 5.2.1 运算放大器测试61-64
• 5.2.2 数模转换器测试64-65
• 5.2.3 电阻源输出电阻测试65-69
• 5.3 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果74-76
• 致谢76

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本文编号：795333