多触点绝缘电阻微机测试系统硬件电路设计

　　1．主控电路
　　
　　主控电路的硬件结构如下图所示。图中以8031单片机为核心。监控程序固化在4 KB的EPROM2732中，2 KB的RAM6116用来存储测试数据，扩展的可编程并行接口8155的A口用作LED显示字形口，B口用作CMC-50P-2打印机控制口，C口用作键盘控制和LED显示字位口。8位A/D转换芯片选用ADC0809。8031的Pl口用作程控放大器的增益控制和换档控制，锁存74LS273的输出，通过7406驱动器控制继电器阵列动作。

　　2．采样电路
　　
　　检测电桥电路原理如下图所示。电路分高低两档实现20 kΩ--1275 MQ的绝缘电阻测量。高档输出UXH可测量5 MΩ～1275 MΩ电阻；低档输出UxL可测量20 kΩ～5 MΩ电阻。单片机的P1.3线通过7406驱动器控制继电器实现换档。

　　
　　为使20 kΩ～1275 MΩ,范围内检测精度不低于2.5%，电路参数按以下要求选择和调整：组成电桥的各电阻应选用精度不低于1%的金属膜电阻；调节电位器Wl，使B到地支路总电阻为0. 5(1±0.2%)MΩ;调节W3，使A到地支路的总电阻为5(1±0.2%)MΩ；Wt是高阻测量电桥平衡调节电位器；Wz是低阻测量电桥平衡调节电位器。
　　
　　电桥平衡调节方法：短路Rx，分别接通高阻测量档和低阻测量档，调节W2和W4，使Ux与U2两输出端间电压不高于0.5 mV（用4位半直流毫伏表测量）。
　　
　　3．程控放大器
　　
　　为提高测量精度，展宽测量范围和实现量程自动切换，采用程控放大器对Ux适当放大。在被测绝缘电阻20 kΩ~1275 MΩ的测量范围内，输出电压Ux由4V降到15. 625 mV，变化256倍。选择成品程控放大器实现这一功能是不难的，但价格较贵。本系统设计的廉价程控放大器较好地解决了问题。下图是其电路原理图。
　　
　　电路由自稳零斩波放大器芯片ICL7650、模拟开关CD4051和电阻网络组成。电阻网络各电阻的精度都选为±0. 2%。模拟开关按下图接线的设计是考虑到：尽管模拟开关导通电阻很大(500 Q)，但由于运放输入阻抗很高，输入电流极小，因而对放大器增益的影响可忽略不计。模拟开关的控制信号来自P1．0、P1.1、P1.2。当控制信号由(0、0、0)变到(1、1、1)时，放大器的增益由20变到27，共8档，使A/D转换器的输入电压在2～4 V范围内（被测电阻在20 kΩ～1275 MΩ范围内）。

　　ICL7650芯片是第四代运算放大器，具有极低的输入失调电压（±1 μV）和失调温漂（0.05 μV／℃）．极高的开环增益(≥120 dB)和极低的时漂（o．01 μV/h）；价格适中；使用±5V供电时，输出电压线性范围是0～4.5 V;当输入电压为o时，实测增益为27的输出零位电压<1 mV;对测量精度的影响可忽略不计。
　　
　　4．高压电源
　　
　　高压电源为测量电路提供输出电压500 V、电流1 mA的电源。该电源由12 V直流电压变换而成，下图是变换电路原理图。

　　电路工作原理是：IC1是环形振荡器，调节Ri使振荡频率为8 kHz左右；双D触发器IC2是千分频器，BG1、BG2和变压器B是它激式逆变器。输出电压经D3、D4、Cl、C2、倍压整流D5～D7稳压输出。电路中Dl、D2和D3、D4选用开关二极管CFR03 - 01和CFR03 - 06，稳压管D5～D7选用IN4764和IN4771，变压器选用冷轧硅钢片(D360 -0.08)环形铁芯(D12/20×5)绕制。
　　
　　5．继电器阵列
　　
　　下图是继电器阵列原理图。它由驱动器7406、续流二极管D1～D8和继电器J1～J8组成。
　　
　　该继电器阵列为一树状结构。数码端为被测点，树根A、B为输出端接电桥。本节以8个检测点为例，设计了3层8个继电器。其中J4、J8为单组触点，J1～J3和J5～J7为双组触点，控制码也相应有8位，通过锁存器74LS273提供。
　　
　　控制码如图所示。9个以上被测点的检测可仿此设计，以A、B为树根，增加继电器层数并扩展锁存器，增加控制码。测试时，根据要求，在A、B两组中各选一个检测点，如1对3，通过键盘输入1和3，即可瞬时测出1～3之间的绝缘电阻。