程控低溫電流比較儀電阻電橋前饋電路設計.pdf

1、低溫電流比較儀（Cryogenic Current Comparator，簡稱CCC）可以提供當前最精準的電流比例，其比例準確度可達到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。本文主要設計并完成程控低溫電流比較儀電阻電橋前饋電路設計，前饋電路主要由一個具有雙輸出的程控電流源以及外部的電阻電橋電路構成，以DSP作為主控制芯片，由上位機PC進行參數配置。其兩路電流源不僅具有普通電

2、流源的高穩(wěn)定性、高準確度的特點外，同時還可以輸出任意比例電流，且具有超高的比例準確度和穩(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計主要由上位機LabVIEW程序控制面板、數字控制電路和模擬電流源電路三個部分組成，本文分別從硬件和軟件兩個方面分析了系統(tǒng)總體結構和功能。
　　系統(tǒng)硬件電路設計主要由數字控制硬件電路和模擬電流源硬件電路兩個部分組

3、成，在數字控制硬件電路中，系統(tǒng)采用了數字信號處理器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，主要用于接收執(zhí)行上位機命令，配置和驅動包括串口通信、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換成相應的控制信號通過光纖發(fā)送到模擬電流源電路。在模擬電流源電路中主要使用數模轉換器DA代替了傳統(tǒng)的電阻分壓設計，實現(xiàn)了兩路可調比例的電流源輸出的功能，并且提高系統(tǒng)的控制精度。同時在模擬電流源電路中采用了大量繼電器，可以實現(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)的自動控制能力。為了減小數字信號對模擬信號干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用了光電隔離設計，即利用光纖進行數字控制電路和模擬電流

5、源電路之間的數據通信，使得數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)的軟件設計方面，主要介紹了LabVIEW、CCS和QUARTUS II軟件開發(fā)環(huán)境和開發(fā)流程。并對根據LabVIEW、CCS和QUARTUS II開發(fā)軟件編寫的上位機控制程序、DSP程序以及FPGA程序進行分析和描述，其功能用于實現(xiàn)上位機對模擬電流源的配置和調節(jié)。本文詳細分析了各個程序所實現(xiàn)的功能、內