[导读] 摘要：本文介绍了一种以单片机为核心的智能式热电阻校验仪的硬件工作原理及其软件设计、该校验仪具有收发热电阻信号的双重功能，独到之处是可发出无源热电阻信号及对应的温度值。
一、引言
目前，自动化仪表及计算机控制系统的调校、检修、维护所需的热电阻信号均使用电阻箱来模拟。由于电阻箱具有体积大，适应环境能力差.不能直接给出阻值所对应的温度值等缺点，给使用者带来了极大不便。为此.研制一种数字式、高精度、智能化热电阻校验仪是非常必要的。
二、硬件工作原理
智能式热电阻校验仪是一个围绕80031单片机组成的应用系统，如图1所示。该系统的硬件电路主要由电源、模拟和数字三部分组成。电源部分由模拟+5V、一5V、数字+5V、电桥十SV组成。模拟部分由采样电路和模拟开关组成。数字部分由A/D转换电路、单片机及显示电路构成。
1.采样电路
采样电路由测电阻电桥、电阻信号发生器、温度测量电路构成。测电阻和发电阻采样电路的原理是采用热电阻做为桥臂的电阻一电压变换电路。为了消除连接电阻引起的采样误差，采用了三线制连接方式，如图2所示。其中，热电阻R用三条引线与电桥相连，设三条引线电阻相同，记为r，其中一条引线置于电源回路，，上产生的微小压降并不影响桥路的平衡，另两条分别置于桥的两臂，若犷相等，也不影响桥的平衡，故起到了引线电阻补偿的作用。
当需要测电阻时，通过测量桥路不平衡电压和电阻K3上的电压信号，分别作为被测热电阻的电压、电流采样信号，经放大器放大后，分别送A/D转换电路l和A/D转换电路2，再送给单片机。在80C31单片机中，根据R,进行运算，从而得到被测电阻的阻值。
当需要发出无源热电阻信号时，利用被校仪表所提供的测量电流，通过测量可调电位器和电阻R。的电压信号，分别作为发出电阻的电压、电流采样信号，经放大器放大和A/D转换电路1和A/D转换电路2的转换后，送80C负单片机进行计算处理，从而得到发出电阻的精确阻值。
为了进行环境温度显示及其误差校正，需随时测量现场环境温度信一号。为此，采用了AD590做为温度敏感元件。当环境温度变化时，AD590的输出毫伏信号也随之变化，通过采样这个毫伏信号，经A/D转换电路2送80031单片机进行环境温度显示及其误差校正处理。
2.模拟电子开关
它由量程切换开关、测量种类切换开关和锁存器三部分组成，其电路原理如图3所示。为了提高铂电阻信号输入输出的精度，根据现场实际需要，将铂电阻的测温范围分成四个量程段分别进行处理。由于这四个量程段相同(0一100.C，100一200 ＇C，200一300 `C，300一400＇0＇ )，只是起点温度和终点温度不同，所以量程的自动切换可以采用改变放大器负输入端的基准电压，并配合相应的软件来实现。
基准电压的改变采用了单八通道模拟开关4051来控制。4051的A,B,C端为开关导通地址选择线。当C,B,A的输入数字信号为000时，X0导通.OP07放大器的负输入端与模拟地相接，其基准电压为0,当C,B,A的输入数字信号为001时，X:导通，OP07的负输入端与k、一端相接，其基准电压为R。上的压降;当C,B,A的输入数字信号为010时，X:导通，OP07的负输入端与k。一端相接，其基准电压为R;和尺;上的压降之和;当C,B,A的输入数字信号为011时，X3导通，OP07的负输入端与X3一端相接，其基准电压为" 3 , ";和R上的压降之和。可见，控制A,B,C端的输入数字信号，便可改变OP07放大器的负输入端的基准电压，从而实现量程的自动切换。
由于单片机输入采样信号有三种选择，即测电阻、发电阻和环境温度信号。本设计选用了三二通道模拟开关4053来进行选择信号种类的控制。4053的A,B,C的输入数字信号为开关导通地址选择线。当C,B,A的输入数字信号为111时.处于测电阻状态，X,和X导通，测电阻的电压信号接OP07的正输入端，经放大器放大送A/D转换电路1.Y:和Y导通，导致Z:和Z接通，电流信号送A/D转换电路2;当C,B,A的输入数字信号为100时，处于发电阻状态，X,、和X导通，发电阻的电压信号接OP07的正输入端，经放大器放大送A/D转换电路I.Y。与Y导通，导致Z:和Z接通，发电阻电流信号送A/D转换电路2;当C,B,A的输入数字信号为OXX时，Z0与Z导通，环境温度信号送A/D转换电路2。可见，控制A,B,C;端输入数字信号，便可实现单片机输人采样信号的选择。
4051和4053的八、B,C端的输入数字信号为开关控制信号，由单片机通过开关分析后发出，并经数据总线加到40174锁存器的输入端，进行锁存。
3. A/D转换电路
A/D转换电路选用了CMOS的D芯片ICL7I35担任，它以双积分原理进行转换，具有自动校零，自动极性转换，动态字位扫描，BCD码输出，自动量程切换等功能，转换精度高，且易于与总线联接。在ICL7135中，睡个转换周期结束时，都要从ST百端发出一个中断请求信号，单片机采用中断查询方式进行＇fit据采集。
4.单片机处理系统和液晶显示电路
本系统选用了80C31作为CPU。由于80C 3 1内部无程序存贮器，故扩展了一片16K的程序存贮器27C128,用来存放各种程序和热电阻分度表以及误差校正数据等。又由于80C31单片机的P。口是分时复用的地址/数据总线，因此在程序存贮器扩展时，选用了带三态缓冲输出的八D锁存器74LS373作为地址锁存器，将地址信号从地址/数据总线中分离出来。
液晶显示采用YN05KX1大液晶片，数据显示清晰，可读性好。显示驱动电路选用了BCD一七段锁存/译码/液晶显示驱动器14543和液晶显示驱动器4054两种CMOS芯片.锁存控制信号由输出译码器4028提供。
三、系统软件设计
由于采用了单片机技术，所以在系统设计时，尽可能地利用软件来代替硬件。如零点校正、线性补偿、温度补偿等均由软件实现，这样可大大降低成本。
在整个软件的设计上采用了结构化设计方法和模块化技术。顶层是主程序，它负责第二层功能模块的管理和调用。功能模块包括各种热电阻功能处理程序、中断服务程序、显示程序等。底层包括误差修正程序和温度查表程序等。每个模块完成一个特定功能，使整个软件易于理解、修改和扩展。
软件工作流程如图4所示。其工作过程是:上电后，系统进行初始化，包括设置中断触发方式、优先权、开中断、标志位、地址指针.清暂存单元和显示缓冲区等。然后进行开关分析，根据开关状态，选择调用哪种热电阻处理程序。在各种热电阻处理程序中，首先进行电阻值计算，然后进行零点校正、线性补偿等.最后进行温度误差校正及送液晶显示。当需要显示热电阻所对应的温度值时，调用温度查表子程序，将温度信号送液品显示。
本系统设计了二个中断服务程序，分别完成收发电阻所需的电压信号和电流信号的采样工作。为了提高采样数据的抗干扰能力和显示的稳定性，采用了四次采样求和平均的办法修正采样数据。
四、结束语
该校验仪具有以下特点:
(1) 由于采用软件代替了部分硬件电路。简化了模拟电路，降低了成本。
(2)对许多关键元器件，不必要求参数的精确度，只要求其稳定性，从而放宽了生产过程中对元器件的筛选。
(3)精度高、性能稳定可靠、操作简单、使用方便。