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基于ispPAC和单片机的热电偶实验仪

发布时间:2020-07-21 18:41:22 阅读: 来源:篮球厂家

摘要:介绍了一种基于EDA技术的热电偶实验装置。本系统以ispPAC和单片机为核心电路,辅以高精度A/D转换器件及LED显示器,实现对温差电动势的测量及数字显示。该系统具有稳定性好、集成度高、灵活性强、实验成本低等特点。 关键词:热电偶,ispPAC,单片机,A/D转换器

1.引言

在大学物理热电偶实验中,传统的温差电动势的测量多采用补偿法,温度的测量使用水银温度计。整个实验过程复杂、原理不直观,仪器误差较大。因其对电源要求高而常使用干电池或者稳压电源,从而导致实验成本高。为了解决传统实验方法中存在的问题,笔者研制了一种基于ispPAC[1]和单片机的热电偶实验仪,该实验仪放大电路采用在线系统可编程模拟器件ispPAC(In-System Programmability Programmable Analog Circuit),使用其开发软件PAC-Designer在计算机中可进行重复的设计、修改与配置功能模块;采用数字传感器精确的测量温度;利用高精度A/D转换器件对结果进行数字化;利用单片机对整个系统协调控制,并实现数据的转换与显示。整个系统性能稳定、测量准确、价格低廉。

2 实验系统的设计

2.1系统组成

系统由如图1所示的温差电动势测量模块、CPU控制模块、温度测量模块和LED显示模块共四个模块组成[2-5]。温差电动势经过ispPAC可编程放大后被转换成直流电压,输入到A/D转换器进行数模转换,再通过单片机控制电路送入LED显示,最终实现人机接口。

2.2 温差电动势测量电路设计

本系统采用的在系统可编程模拟器件为美国Lattice公司生产的芯片。它由4个可编程模拟信号处理电路模块(PAC Block),模拟信号布线区和在系统可编程接口电路等部分组成,器件用5V单电源供电。每个PAC模块由两个差分输入(Differential Inputs)仪表放大器(IA1和IA2),1个反馈放大器IAF和1个差分输出(Differential Outputs)求和放大器(OA1)所组成。其中仪表放大器的跨导增益可调(gm的变化范围为2uA/V~20uA/V),电路输出阻抗为109欧姆,共模抑制比为69db。 反馈放大器IAF增益固定,等于2uA/V。输出放大器的反馈电容Cf有多种电容值(1pF-62pF)可供选择。温差电动势由IA1的Vin+和Vin-端输入。PAC模块结构如图2所示。

图1系统框图

图2PAC模块结构图{{分页}}

图中,信号从IA1输入,输入信号:

Vin=Vin+ -Vin- (1)

输出信号:

Vout=Vout+ -Vout- (2)

而:Ia=gm1

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