程控低溫電流比較儀電阻電橋前饋電路設(shè)計(jì).pdf

1、低溫電流比較儀（Cryogenic Current Comparator，簡稱CCC）可以提供當(dāng)前最精準(zhǔn)的電流比例，其比例準(zhǔn)確度可達(dá)到10-12以上，在精密電磁測量中起到非常重要的作用，主要應(yīng)用于微小電流的測量和量子化霍爾電阻的量值傳遞。本文主要設(shè)計(jì)并完成程控低溫電流比較儀電阻電橋前饋電路設(shè)計(jì)，前饋電路主要由一個(gè)具有雙輸出的程控電流源以及外部的電阻電橋電路構(gòu)成，以DSP作為主控制芯片，由上位機(jī)PC進(jìn)行參數(shù)配置。其兩路電流源不僅具有普通電

2、流源的高穩(wěn)定性、高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)外，同時(shí)還可以輸出任意比例電流，且具有超高的比例準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。
　　本文首先介紹了課題背景、低溫電流比較儀電阻電橋原理以及國內(nèi)外在該方向上的研究現(xiàn)狀。低溫電流比較儀電阻電橋的前饋部分設(shè)計(jì)主要由上位機(jī)LabVIEW程序控制面板、數(shù)字控制電路和模擬電流源電路三個(gè)部分組成，本文分別從硬件和軟件兩個(gè)方面分析了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能。
　　系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)主要由數(shù)字控制硬件電路和模擬電流源硬件電路兩個(gè)部分組

3、成，在數(shù)字控制硬件電路中，系統(tǒng)采用了數(shù)字信號(hào)處理器DSP( Digital Signal Processor)和可編程邏輯陣列FPGA(Field-Programmable Gate Array)協(xié)同工作的方式。 DSP作為系統(tǒng)核心控制芯片，采用TI公司的TMS320F2812，主要用于接收?qǐng)?zhí)行上位機(jī)命令，配置和驅(qū)動(dòng)包括串口通信、AD、FPGA、LCD液晶等模塊工作，F(xiàn)PGA作為系統(tǒng)協(xié)控制器，選用 Altera公司 EP2C8Q208C

4、8，其用于將控制命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號(hào)通過光纖發(fā)送到模擬電流源電路。在模擬電流源電路中主要使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA代替了傳統(tǒng)的電阻分壓設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了兩路可調(diào)比例的電流源輸出的功能，并且提高系統(tǒng)的控制精度。同時(shí)在模擬電流源電路中采用了大量繼電器，可以實(shí)現(xiàn)多種狀態(tài)的切換，使模擬電流源輸出電流更加穩(wěn)定，配置更加合理，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)控制能力。為了減小數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用了光電隔離設(shè)計(jì)，即利用光纖進(jìn)行數(shù)字控制電路和模擬電流

5、源電路之間的數(shù)據(jù)通信，使得數(shù)字控制電路和模擬電流源電路之間電氣上完全隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
　　在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，主要介紹了LabVIEW、CCS和QUARTUS II軟件開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程。并對(duì)根據(jù)LabVIEW、CCS和QUARTUS II開發(fā)軟件編寫的上位機(jī)控制程序、DSP程序以及FPGA程序進(jìn)行分析和描述，其功能用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)模擬電流源的配置和調(diào)節(jié)。本文詳細(xì)分析了各個(gè)程序所實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)