電流檢測采樣電阻電路的技巧，該直流比較儀由雙鐵芯疊加繞線而成。S、C 為 A 和 B 共同繞組，S 為磁通檢測繞組，C 為比較儀次級繞組，N4 單獨(dú)繞制在鐵芯 A 上，為激勵(lì)繞組。其中鐵芯 A 由高導(dǎo)磁率軟磁材料制作，鐵芯 B 由低導(dǎo)磁率鐵氧體材料制作。

    系統(tǒng)中采樣電阻的阻值 R 為固定值，信號放大比例系數(shù) k1、直流比較儀變比 k 值保持不變。因此檢定時(shí)，微控制器控制分壓模塊中的分壓比即 k2 值便可調(diào)節(jié)出不同的檢定電阻阻值。

硬件設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)，采用最新架構(gòu)嵌入式微處理器加外圍設(shè)計(jì)電路搭建的平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

模擬部分系統(tǒng)在基于電流型有源模擬電阻器原理基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)的，模擬部分：保護(hù)電路：保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)被檢測試儀產(chǎn)生的大電流超過系統(tǒng)所能承受的范圍時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號通過 MCU 控制蜂鳴器給用戶發(fā)出報(bào)警，并自動(dòng)斷開測試回路，保護(hù)系統(tǒng)不被檢測儀產(chǎn)生的大電流損壞；寬頻直流比較儀：將被檢測試儀產(chǎn)生的大電流按一定比例轉(zhuǎn)換成小電流。差分采樣：與精密電阻 R一起將小電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，差分采樣大大降低了前端采樣共模噪聲的干擾；增益：通過 MCU 控制實(shí)現(xiàn)電壓信號不同量程下對應(yīng)比例的放大；A/D 轉(zhuǎn)換器：將電壓

采樣電阻電源模塊整個(gè)電源模塊的設(shè)計(jì)采用線性電源，且數(shù)字部分和模擬部分相互隔離，模擬部分各路電源供電也相互隔離或用磁珠相連，減少電源的紋波和噪聲對整個(gè)系統(tǒng)的干擾及減少系統(tǒng)之間各部分相互干擾，保證整個(gè)系統(tǒng)的高精度及高線性度。數(shù)字部分，微處理器具體采用新架構(gòu)的微處理器，具有強(qiáng)大的處理能力及豐富的接口，本設(shè)計(jì)在其上移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及相關(guān)調(diào)度。微處理器內(nèi)部集有設(shè)計(jì)中常有的資源，本設(shè)計(jì)用到的資源，如圖4 中數(shù)字部分：3 個(gè)獨(dú)立的 USART 接口，一個(gè)連接顯示模塊，為面板顯示提供人機(jī)界面，工作時(shí)顯示出整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況并通過 LCD 上的觸摸屏與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，一個(gè)連接按鍵組，使用戶操作更加方便快捷，一個(gè)通過 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片與上位機(jī)提供連接接口；1 個(gè) IIC 接口，連接存儲(chǔ)芯片來增加存儲(chǔ)空間；2 個(gè) SPI 接口，一個(gè)連接模擬部分的 DA 乘法器設(shè)定分壓模塊的放大比例系數(shù)，一個(gè)連接模擬部分 A/D 轉(zhuǎn)換器，獲取采樣的電壓信號并運(yùn)算對應(yīng)的示值電流及做相關(guān)運(yùn)算分析；部分的 GPIO 接口，控制模擬部分的程控放大及獲取報(bào)警狀態(tài)等。 

信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過隔離的 SPI 接口送入到 MCU，運(yùn)算出對應(yīng)的示值電流及做相關(guān)分析；DA 乘法器：MCU 通過電氣隔離的 SPI 接口控制 DA 乘法器輸出來調(diào)節(jié)分壓比達(dá)到系統(tǒng)調(diào)節(jié)電阻阻值的目的。

軟件設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)[6]作為開發(fā)平臺(tái)， 始化，將操作系統(tǒng)、程序變量及硬件相關(guān)配置進(jìn)行初始化；創(chuàng)建任務(wù)，包括建立按鍵響應(yīng)任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、顯示任務(wù)、通信任務(wù)、故障處理任務(wù)等；任務(wù)調(diào)度。系統(tǒng)通過液晶屏、觸摸屏和按鍵旋鈕等和用戶進(jìn)行交互，調(diào)用程序中的相關(guān)任務(wù)線程控制相關(guān)硬件完成電流測量、報(bào)警處理、誤差計(jì)算、電阻值設(shè)置、參數(shù)設(shè)置等功能。

鐵芯B測量電路

采樣電阻實(shí)現(xiàn)原理：S 線圈檢測磁通經(jīng)過磁通檢測模塊轉(zhuǎn)換為電壓信號，控制功率放大器增大或減少輸出，流經(jīng)次級繞組電流隨之增加或減小，通過不斷的調(diào)節(jié)，最終使得鐵芯 B 達(dá)到磁平衡。系統(tǒng)平衡建立的時(shí)間不超過 1μs。通過標(biāo)準(zhǔn)電阻R進(jìn)行電流采樣，測試得到 Us。從而可以計(jì)算出IP值。同時(shí)磁通信號可作為報(bào)警信號等狀態(tài)信號。式中：k為比例常數(shù)。

系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)采樣電阻系統(tǒng)原理：系統(tǒng)是基于電流型有源模擬電阻器原理進(jìn)行拓展設(shè)計(jì)的，將被檢測試儀產(chǎn)生的大電流輸入到本系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)換模塊按一定比例轉(zhuǎn)換成小電流，通過精密電阻轉(zhuǎn)換成小電壓，后經(jīng)過電壓采樣及增益模塊放大成比例電壓信號輸入到分壓模塊，由控制器進(jìn)行控制其分壓比，最后經(jīng)過緩沖電路輸出給被測儀器的電壓采樣端，形成測試回路。通過由微控制器控制分壓模塊電路中的分壓比調(diào)節(jié)檢定時(shí)檢點(diǎn)電阻的阻值。電壓采樣及程控放大模塊輸出另一路電壓輸入到A/D采樣模塊，由控制器進(jìn)行運(yùn)算出對應(yīng)的示值電流及做相關(guān)分析。原理框圖如圖3所示。

系統(tǒng)原理框圖，被檢測試儀輸出大電流 I1 經(jīng)過寬頻直流比較儀轉(zhuǎn)換成小電流 I2

    式中 I1—被檢測試儀產(chǎn)生的大電流。k—寬頻直流比較儀變比。小電流 I2 經(jīng)過精密電阻電路后得到電壓 U2。

    式中 R—精密電阻的阻值。電壓 U2 經(jīng)過電壓采樣及增益模塊后得到電壓 U3

   式中 k1—U2 經(jīng)過電壓采樣及程控放大模塊電壓信號放大比例系數(shù)。電壓 U3 送入 A/D 采樣模塊，由控制器運(yùn)算對應(yīng)的示值電流及做相關(guān)運(yùn)算分析，經(jīng)過分壓模塊輸出電壓值 U1。

   式中 k2—U3 經(jīng)過分壓模塊由控制器設(shè)定的放大比例系數(shù)。因此被檢電阻測試儀所測得的實(shí)際電阻值 R1

 采樣電阻程序流程圖