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楼主: leejianzhao

[制作] DIY一个五位半电压表——毫欧表的兄弟篇,毫欧表/五位半电压表二合一套件正式发布

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 楼主| 发表于 2013-5-25 23:25:05 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-5-25 22:10
LZ漏掉了我的回复了
感谢LZ的热心回复,感谢LZ给我们带来一篇带有这么详细讲解的文章,为什么毫欧表可以使 ...

没有漏,今天我加班,晚上才有空,而且我写帖子一般都比较长,才写了一半……你就急了

今天不知道是不是天气不好,大家都在家DIY套件,我一直在QQ/旺旺上帮大家解决DIY过程中的问题,今天到目前为止已经成功了5个,还有1个在努力中……

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 楼主| 发表于 2013-5-26 01:21:10 | 显示全部楼层
本帖最后由 leejianzhao 于 2013-5-26 09:45 编辑
marshallemon 发表于 2013-5-25 09:26
感谢LZ的热心回复,感谢LZ给我们带来一篇带有这么详细讲解的文章,为什么毫欧表可以使用F350,而其他的不 ...

先回答“为什么毫欧表可以使用F350,而其他的不行”——这个好像不应该发在这个帖子:)
回顾一下比例法的原理






注意几点:
1、ADC的基准电压Ur0不是以地(COM)为参考的——这要求ADC的基准电压是差分的。这就把LTC2400排除了

2、测量微小电阻,一般用4线法测试,因此要求ADC的测量电压输入也是差分的。同样LTC2400也不行

3、由于要求分辨力到1微欧,需要把Rx上的电压放大,因此需要ADC内置PGA,这样就把没有PGA的LTC2440排除了
4、ADC的测量电压Urx的负端接近地电平,因此要求ADC的输入电压能到地。而ADS1232在PGA=64/128的时候,共模输入的范围是AGND+1.5V ~ AVDD-1.5V,对于3.3V供电,共模输入范围只有1.5~1.8V。lilith提出可以在Rx下面垫一个电阻,阻值和R0(基准电阻)一样,就能解决这个共模问题。不过,这样引入了一个问题:有效的基准电压变成只有一半了,等效于噪声大了一倍,即少了1 bit。最关键的是ADS1232要求Vref最小值是1.5V,如果下面垫的电阻和基准电阻一样大,那压降也是1.5V,因此Rx上只有0.3V(3.3V供电的时候),也就是说Rx最大只能测试到0.3/1.5*R0,如果基准电阻选择30欧,Rx最大就是6欧。这样量程大打折扣!


5、ADC的输入阻抗。由于ADC的Vref/Vin都会把测试电流分走一部分,分的越多误差越大。我的毫欧表专门写了一节分析输入阻抗的就是这个原因。LTC2440 DS的22页也专门写了其输入阻抗
2440 input.png
    LTC2440在使用内部1.8M采样频率的时候,输入阻抗只有110K,DS也专门提到了如果信号源的阻抗是350欧,直接接到其输入上会引入0.44%的误差;如果信号源阻抗是2欧,引入12.6ppm的误差。LTC2440由于没有PGA,只能测比较大的电阻,但是其输入阻抗又要求只能测比较小的电阻,总之,就是两头不是人,呵呵。或者说只做一个1欧量程,分辨力10微欧,应该是可以的。有人可能会问,如果在Vref+/-和Vin+/-上都加上一个好运放,同时加个模拟开关做PGA,是不是也行呢?理论上是可以的,不过会引入不少误差,电路上也不简洁,还不如改成台表的方案,直接搭一个100mA的恒流源,差分测Rx上的压降。

最后,我们来看一下C8051F350。1、差分基准输入,合格;2、测量也是差分输入,合格;3、内置PGA,放大倍数1/2/4/8/16/64/128,及格;4、共模输入范围0~AVDD,及格,如果使用内置的PGA,在PGA=128的时候,要求高于地0.25V,因此我在Rx下面垫了一个2.7欧的R12,好像没有人发现这个小细节吧;5、输入阻抗,毫欧表的帖子里有详细的分析,这里再提一下,不用内部buffer的时候是7M,对于10欧姆级的电阻,误差小于2ppm,忽略之!

大家可以对照上面几条,看看还有哪些ADC满足。

再加上C8051F350内置个51单片机,芯片便宜容易采购,因此我最终选择了它!其实我是第一次用这个芯片,几个月前我才买了编程器和F350的开发板:)

这不是性能最好的,而是性价比最高、电路最简单的!





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发表于 2013-5-26 06:45:21 | 显示全部楼层
还没睡觉啊.......................
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发表于 2013-5-26 14:18:42 | 显示全部楼层
leejianzhao 发表于 2013-5-26 01:21
先回答“为什么毫欧表可以使用F350,而其他的不行”——这个好像不应该发在这个帖子:)
回顾一下比例法 ...

谢谢老大百忙之中还能回复,说句实话从您的文章中很是能学到东西,能把手册中的一些参数应用到一个具体的设计中,从您的文章回复中可以感觉到LZ的深厚的理论基础+实战经验+乐于助人,论坛中应该多出更多您这样的人,能多出您这样的文章,这将是我们这种小白的福音
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发表于 2013-5-26 21:19:27 | 显示全部楼层
我也是昨天组装起来,经过李兄的耐心指点,能想到的的问都得到解答了,这里非常感谢,也真心佩服!
贴个图先
50mΩ.jpg

关于归零的,diy手册上面的图不太清晰,实际上是要这样接的,否则归零值会不稳定的;
归0.jpg
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 楼主| 发表于 2013-5-27 00:04:35 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-5-25 09:26
感谢LZ的热心回复,感谢LZ给我们带来一篇带有这么详细讲解的文章,为什么毫欧表可以使用F350,而其他的不 ...

运放的稳定性问题,不是简单的回复能说清楚了,建议几本书吧

1)、《基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版)》
2)、小日本的《OP放大电路设计》
3)、《运算放大器权威指南(第3版)》,其实就是《Op Amps For Everyone》的中文版,英文的在TI网站可以找到



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发表于 2013-5-27 10:59:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 大眼晶 于 2013-5-27 11:05 编辑

改成电压表很简单,刷写也简单,本人对单片机不懂的,没有基准电压源,简单测下电压上张图片。原机的夹子夹元件不是好稳的容易脱落,自己原来也购了2个,夹贴面夹元件几好。
电压表.jpg
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发表于 2013-5-28 22:03:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 mercyau 于 2013-5-28 23:42 编辑
leejianzhao 发表于 2013-5-27 00:04
运放的稳定性问题,不是简单的回复能说清楚了,建议几本书吧

1)、《基于运算放大器和模拟集成电路的 ...


看了前2本,收获良多,还要多看多实践。

我的电压表,简单用6位半同步了10V,100V
---这表很适合我做高斯计,----LZ已经帮我做了峰值保持,嘻嘻。感谢LZ。

10V同步

10V同步


另外一次测试后把电池取下洗澡,快睡觉再测,不会开机,感觉烧了,当时是凌晨1点多,迷糊了,不知原因,可能插反。
早上起床发现正极的一小段铜箔烧了。
今天跟LZ沟通了下,打算买器件包跟换,不过LZ建议接上铜箔再上电看看,
回家量了没短路,再手工接线上电,OK了。
插座不会焊,直接用线接到插座上

短路烧了正极前部分一小部分铜箔

短路烧了正极前部分一小部分铜箔


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发表于 2013-5-28 22:42:09 | 显示全部楼层
leejianzhao 发表于 2013-5-21 22:21
就算9M断开也不会有任何问题,9M的限流足以抗很高的电压,我摸上去都不会有事

加一个继电器不能 ...

说个奇葩事,我昨天想把我去年底做那个“万用表”做一个相对全面的测试,以肯定和否定某些东西,结果测 100V 电压的时候一边测试一边编程(烧 ROM),没注意关掉测试源,结果因为 AVR 烧程序的时候端口电平乱跳让继电器和模拟开关不正确导通,烧掉了 10K 的输入限制流电阻果然不够看的

btw. 我用 1232 未经缓冲,比例法测的 200K 和 20K 量程电阻测试,居然比想象的好(5 位半分辨率)
cr8521.png
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 楼主| 发表于 2013-5-28 23:38:30 | 显示全部楼层
mercyau 发表于 2013-5-28 22:03
看了前2本,收获良多,还要多看多实践。

我的电压表,简单用6位半同步了10V,100V

呵呵,峰值保持软件实现其实相当简单,当然,这仅仅是读数的峰值保持,不是物理上的峰值保持
程序就加了10来行,没花多少时间,反而是调整显示位置,花了点时间,最后把速度模式的显示从原来4个字符改为1个(FAST变成F),调整了几次才满意:)


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