数字电位器DS1267 及其在电桥自动平衡中的应用
台式数字电桥原理拆解
台式数字电桥原理拆解
台式数字电桥是一种用于测量电阻、电容、电感等电学元件参
数的仪器。
它通过比较测量元件与已知标准元件之间的差异来确定
其参数数值。
接下来我会从多个角度来解释台式数字电桥的原理。
首先，数字电桥的基本原理是基于电桥平衡原理。
当电桥中的
未知元件与标准元件达到平衡时，电桥的输出为零，这时可以通过
测量电桥的平衡条件来计算未知元件的参数数值。
数字电桥通过内
置的数字处理单元来处理和显示测量结果，使测量更加精确和方便。
其次，台式数字电桥通常包括一个数字显示屏和操作按钮，用
户可以通过操作按钮输入测量参数和控制测量过程。
数字电桥还包
括一个精密的电压源和测量电路，用于提供稳定的电压并测量电桥
的输出信号。
在测量过程中，数字电桥会自动调节电桥的参数直到
达到平衡状态，并显示测量结果。
此外，数字电桥还具有自动测量功能，可以快速准确地测量电阻、电容、电感等参数，大大提高了测量效率。
数字电桥还可以通
过接口与计算机或其他设备进行数据通信和控制，实现自动化测量
和数据处理。
总的来说，台式数字电桥利用电桥平衡原理和数字处理技术，实现了精密的电学参数测量。
它的原理和结构设计使得测量过程更加精确、快速和方便，广泛应用于科研、工程和生产领域。
希望以上解释能够全面地回答你关于台式数字电桥原理的问题。
数字电桥使用说明书
LCR数字电桥使用说明书目的:为了使实验仪器操作方法规范，确保实验结果正确，延长仪器使用寿命，特制定本使用说明书.范围：本说明书适用该仪器的使用操作职责：使用部门：负责仪器设备保养，使用说明书编写；使用者：按照使用说明书使用仪器.作业内容：仪器参数可测量参数:电感量 L、电容量 C、电阻 R、品质因素 Q、损耗角正切值 D.测量速度:快速8次/秒,慢速4次/秒, 低速2次/秒.测试信号电平 Vrms（有效值）：0.1V/0.3V/1.0V±10%;仪器面板10 11 12 13 14功能键说明1.主参数指示: 指示当前测量主参数（L、C、R）2.参数显示:显示 L、C、R3.主参数单位:指示当前测量主参数单位（如 pF、nF、μF 等）.4.副参数显示:显示损耗 D 或品质因素 Q5.副参数指示:指示当前测量副参数（D、Q）6.等效键:设定仪器测量等效电路，一般选择串联等效电路.7.速度键: 快速8次/秒,慢速4次/秒, 低速2次/秒.8.清零键: 测电容时，测试夹具或测试电缆开路，按一下“清零”键，“开”灯亮，每次测试自动扣去底数；测电感、电阻时，测试夹具或测试电缆短路后，按“清零”键.9.锁定键: 灯亮仪器处于锁定状态，仪器测试速度最高.10. 测试信号端HD：电压激励高端；LD：电压激励低端；HS：电压取样高端；LS：电压取样低端.11. 接地端：用于被测元件之屏蔽地.12. 电源开关:按下，电源接通；弹出，电源断开.13. 频率键 : 设定加于被测元件上的测试信号频率是 100Hz，1kHz 或 10kHz.14. 参数键: 每按一下，选择一种主参数，分别在 L，C，R 三种参数中循环.1.1.操作步骤：1.1.1.插上电源插头，将面板开关按至ON.开机后，仪器功能指示于上次设定状态,预热10分钟，待机内达到平衡后，进行正常测试.1.1.2.测试参数选择, 使用“参数”键选择L、C、R，单位如下：L：uH、mH、H（连带测试器件Q值）C：pF、nF、uF（连带测试器件D值）R：Ω、kΩ、MΩ（连带测器件间Q值）1.1.3.使用者应根据被测件的测试标准或使用要求按频率键、电压键，选择相应的测量频率、测试电压.可选择100Hz、1kHz、10kHz三个频率，1V、0.3V、0.1V三个电压.1.1.4.选择设置好测试参数、测试频率、激励电压后，用测试电缆夹头夹住被测器件引脚、焊盘.待显示屏参数值稳定后，读取并记录.1.1.5.清“0”功能1.1.5.1.通过清除存在于测量电缆或测量夹具上的杂散电抗来提高测试精度，这些电抗以串联或并联形式叠加在被测器件上，清“0”功能便是将这些参数测量出来，将其存储于仪器中，在元件测量时自动将其减掉，从而保证仪器测试的准确性.1.1.5.2.仪器清“0”包括两种清“0”校准，即短路清“0”和开路清“0”.测电容时，先将夹具或电缆开路，按方式键使“校测”灯亮；测电阻、电感时，用粗短裸体导线短路夹具或测试电缆，按方式键使“校测”灯亮.1.1.5.3.可同时存放三组不同的清“0”参数，即三种频率各一种，相互并不干扰，仪器在不同频率下其分布参数是不同的.因此，在一种频率下清“0”后转换至另一频率时需重新清“0”.若某种频率以前已清“0”，则无需再次进行.而掉电保护功能保证以前清“0”值在重新开机后仍然有效，若环境条件（如：温度、湿度、电磁场等）变化较大则应重新清“0”.1.1.6.等效功能1.1.6.1.实际电容、电感和电阻都不是理想的纯电阻或纯电抗元件，一般电阻和电抗成份同时存在，一个实际的阻抗元件均可用理想的电阻器和电抗器（理想电感和理想电容）的串联或并联形式来模拟.而串联和并联形式两者之间是可以从数学上相互转换的，但两者的结果是不同的.其不同主要取决于元件品质因素Q（或损耗因子D）.1.1.6.2.被测电容器的实际等效电路首先可以规格书或某些标准的规定得到，如果无法得到的话，可以用两个不同的测试频率下损耗因子的变化性来决定，若频率升高而损耗增加，则应选用串联等效电路;频率升高而损耗减小，则一应选用并联等效电路，并联方式D 与频率成反比.于电感来说，情况正好与电容相反.1.1.6.3.根据元件的最终使用情况来判定.用于信号耦合电容，则最好选择串联方式，LC 谐振则使用并联等效电路.1.1.6.4.没有更合适的信息，则可根据以下信息来决定：低阻抗元件（较大电容或较小电感）使用串联形式；高阻抗元件（较小电容或较大电感）使用并联形式.一般地，当|Zx|<10Ω，应选择串联等效形式；当|Zx|>10k Ω，应选择并联等效方式；当10 Ω<|Z|<10k Ω，根据实际情况选择合适的等效方式. 仪器开机时，初始化为“串联”.1.1.7.测量速度选择, 所有仪器开机默认为中速测试，其测试精度和速度成反比，即速度越慢精度越高.但效率低，应根据实际情况选择合适的速度，一般选择中速，由面板上的速度按键来选择.1.1.8.电平选择, 一般高测试电平用于常规的元件测试（电容、电阻和某些电感），低测试电平用于需低工作信号电平的器件（如半导体器件、电池内阻、电感和一般非线性阻抗元件）.对于某些器件来说，测试信号电平的改变将会使测量结果产生较大的变化，如一些电感性元件尤其如此.1.2.操作注意事项1.2.1.电源输入相线L，零线N应与仪器电源插头上标志的相线、零线相同.1.2.2.将测试夹具或测试电缆连接于本仪器前面板标志为HD、HS、LS、LD四个测试端.HD、HS对应一组，LD、LS对应一组.1.2.3.仪器应在技术指标规定的环境中工作，仪器特别是连接被测件的测试导线应远离强电磁场,以免对测量产生干扰.1.2.4.仪器测试完毕或排除故障需打开仪器时，应将电源开关置于OFF位置并拔下电源插头.1.2.5.仪器测试夹具或测试电缆应保持清洁，以保证被测件接触良好，夹具簧片调整至适当的松紧程度.。
用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究
用示波器作为交流电桥平衡指示器的研究作者：武征宇来源：《科技视界》2014年第05期【摘要】交流电桥是基础物理实验电磁学部分的重要内容，可以用来培养实验者的观察、分析、判断等各方面能力，并有利于蕴育一种发散广博的物理学思想，在物理学界应用广泛。
本文主要研究示波器作为交流电桥平衡指示器的应用，以电感电桥为例，与课程中经常使用的交流电流表做指示器法进行比较研究。
【关键词】交流电桥；示波器；交流电表；平衡指示器交流电桥主要用来测量电容器的电容量和线圈的电感量，它是电感、电容测量中精确的测量仪器。
测量的前提是实现电桥的平衡，可以看出平衡的准确调处对于实际测量具有重要意义。
1 实验原理交流电桥的电路形式与直流电桥相同，并且都是采用比较法进行测量。
其电路如图1所示。
交流电桥的交流信号为Us；指零器G采用高灵敏度的交流毫伏表或交流检流计等；桥臂中各元件不都是电阻，它们也可以是电容、电感或RLC的组合回路等。
1.1 利用交流电表作为平衡指示器按照交流电桥平衡条件，B、D两B、D点电压幅度相等，相位一致。
即：Z1Z3=Z2Z4在此种条件下，IG=01.2 利用示波器作为平衡指示器在不同的电路连接形式下，做到示波器两条信号线全部接地，即做到将CH1与CH2信号分别接在BC、CD两端，在此时可以采用两种方法进行观测，后续试验均采用李萨如图形法观测，即法②。
①观察B、D两点电位，调节电桥，使Ubc、Ubd的波形基本重合，此时相位、振幅虽有稍小差异，但已接近重合。
②将示波器转换为X-Y模式，将Ubc、Ubd分别加在示波管X、Y偏转板上，从X-Y两个方向进行合成，显示“ADD档”曲线。
不平衡时合成图线为椭圆，平衡时为与X轴或Y轴成45度的直线。
2 实验过程2.1 示波器法将标准电感L2定为0.1H，选取电感值约为10mH的待测线圈Lx。
将示波器CH1信号与CH2信号分别接于AB与BC两端。
将信号发生器频率定在1000Hz，电源电压自2V至10V依次变化，待调节至平衡时记录电阻阻值，并计算处于此时的Lx值。
电桥平衡自调节原理及电路设计
电桥平衡自调节原理及电路设计本文设计的MSP430F2002单片机和MAX5402数字电位器所构成的电桥平衡自调节电路，具有结构简单、占用空间小、功耗低、可靠性高等特性，完全符合火炮膛压测试仪的要求。
1 电桥平衡自调节原理在火炮膛压测试仪中，考虑到测试仪壳体结构的限制以及低功耗的要求，采用的电桥为1／4直流源电桥。
电桥平衡自调节电路如图1所示。
图1 电桥平衡自调节电路图左图为电桥平衡自调节电路工作原理。
其中，R1为电阻应变计温度补偿片，R2为电阻应变计工作片，R1=R2=R3=R4=120 Ω，Uo为电桥输出电压，Io为恒流源。
由电路理论计算可知：若R2·R3-R1·R4=0，则电桥保持平衡。
测量中电桥初始输出值一般不为零，这可能导致传感器在测量信号时超过满量程或者为负值，使得通过A／D转换器所获得的数据不可靠。
点画线内为电桥平衡调节的部分，其中O≤n≤1。
右图为左图的等效电路。
由Y型-△型等效理论可知：可知，Ra的大小决定了调节范围，Ra越小，调节范围就越大。
在常用的120 Ω电阻应变计中，理想的Ra阻值范围一般为10～15 kΩ。
2 主要芯片简介2．1 MSP430F2002单片机TI公司推出的MSP430F2002单片机集成了10位A／D转换器、定时器、内部DCO时钟、可复用的I／O口以及USI通用串行接口，具有很高的且性价比。
MSP430F2002TRSA具有16个引脚，因外围设备多，I／O引脚都具有复用功能。
MSP430F2002不仅支持4线制JTAG烧写，而且还支持2线制Spy -Bi-Wire烧写。
在熔丝非熔断模式下，MSP430F2002采用2线制Spyr-Bi-Wire与MSP-FET430UIF烧写器的JTAG口的连接如图2所示。
图2 MSP430F2002单片机二线制换法2．2 MAX5402数字电位器MAX5402是Maxim公司生产的256节点10 kΩ数字电位器。
数字电位器应用
数字电位器的应用数字电位器介绍简单的说，数字电位器由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。
这个定义类似于数模转换器（DAC），所不同的是：DAC具有一个缓冲输出，大多数数字电位器没有输出缓冲器，因而不能驱动低阻负载。
依据数字电位器的不同，抽头电流最大值可以从几百微安到几个毫安。
因此，不论是普通电位器还是数字电位器，如果与低阻负载连接，都应保证在最恶劣的条件下，抽头电流不超出所允许的IWIPER 范围。
所谓“最恶劣的条件”发生在抽头电压VW接近于端电压VH，而且线路中没有足够限流电阻的情况下。
有些应用中，抽头流过较大的电流，这时应该考虑电流流经抽头时产生的压降，这个压降会限制数字电位器的输出动态范围。
数字电位器的应用数字电位器的应用非常广泛，某些特定情况下可能需要增加元件以配合电路调整。
例如，数字电位器的端到端电阻一般为10～200K ，而调整LED亮度时通常需要非常低的阻值。
针对这个问题，可以选用DS3906。
当DS3906外部并联一个固定105 的电阻时，可以提供70～102 的等效电阻，这种结构能够按照0.5 的步进值精确调节LED的亮度。
有些情况下还会需要特殊性能的数字电位器，例如对电压或电流进行温度补偿，光纤模块中对激光驱动器偏置的调节就是一个典型范例（见图1），温度补偿数字电位器MAX1858内部带有一个用EEPROM保存的查找表，校准值在查找表内按温度顺序排列。
数字电位器内部的温度传感器对温度进行检测，然后根据检测的温度值从查找表里得到对应的校准电阻。
非易失性是数字电位器常见的一个附加功能。
基于EEPROM 的非易失数字电位器在上电复位时可以保持在某个已知状态。
现有的EEPROM 技术可以很容易保证50000次的擦写次数，相对于机械式电位器，非易失数字电位器的可靠性更高。
一次性编程(OTP)数字电位器（如MAX5427-MAX5429），可以在编程后永久保存缺省的抽头位置。
与基于EEPROM的数字电位器一样，上电复位后，OTP 数字电位器初始化到已知状态。
平衡电桥原理
平衡电桥原理
平衡电桥原理是通过调节电桥四个电阻的数值，使得电桥两侧的电势差为零，即电桥平衡。
电桥通常由四个电阻组成，分别为R1、R2、R3和R4。
两个对角线的交点处连接一块灵敏度
很高的电压计。
在平衡状态下，电桥两个对角线的电势差为零。
根据欧姆定律，电桥两个对角线上电阻的电势降相等，即R1I1 = R2I2，R3I3
= R4I4。
由此可得，R1 / R2 = I2 / I1，R3 / R4 = I4 / I3。
若令
R1 / R2 = R3 / R4，则电桥平衡。
通过改变R1、R2、R3和R4之间的比例关系，可以调节电桥
的平衡状态。
当电桥平衡时，电势差为零，电压计示数为零。
若在电桥中加入待测物品，其电阻值会改变，导致电桥不再平衡，电势差不为零，电压计示数不为零。
根据电桥的平衡状态，可以计算出待测物品的电阻值。
通过对电桥四个电阻进行调节，使得电桥重新平衡，可以得知待测物品的电阻值。
平衡电桥广泛应用于测量电阻、测量温度、检测金属材料等领域。
平衡电桥调制器原理
平衡电桥调制器原理平衡电桥调制器是一种广泛应用于电子电路中的仪器。
它能够将输入信号的幅度、相位、频率等特性转化为电压输出，从而实现信号的调制。
平衡电桥调制器的原理基于电桥原理，它采用了两个电桥式传感器来检测输入信号和参考信号的差异，从而实现信号的调制。
电桥原理是通过比较两个电路的电势差来检测信号的变化。
平衡电桥调制器的电路中包括两个电桥，分别用于检测输入信号和参考信号。
当两个电桥中的电势差相等时，输出的电压为零。
而当两个电桥中的电势差不同时，输出的电压就会有所变化。
这种变化可以用来调制信号。
平衡电桥调制器的工作原理是通过调节电桥的电势差来实现信号的调制。
当参考信号与输入信号相等时，电桥中的电势差为零，输出的电压也为零。
而当参考信号与输入信号不相等时，电桥中的电势差就会发生变化。
这种变化会引起输出电压的变化，从而实现了信号的调制。
平衡电桥调制器的电路中还包括了一个放大器，用于放大输出电压的信号。
这样可以使输出信号的幅度更大，从而达到更好的调制效果。
放大器的放大倍数可以通过调节电路中的电阻来实现。
平衡电桥调制器的应用非常广泛，它可以用于测量压力、温度、湿度等物理量，并将这些物理量转化为电信号输出。
同时，它还可以用于音频、视频等信号的调制。
在无线通信中，平衡电桥调制器也被广泛应用于调制调频信号。
平衡电桥调制器是一种基于电桥原理的信号调制器。
它采用两个电桥式传感器来检测输入信号和参考信号的差异，通过调节电桥的电势差来实现信号的调制。
平衡电桥调制器的应用非常广泛，它可以用于测量物理量、调制音频、视频等信号，并被广泛应用于无线通信领域。
交流电桥的原理和应用
交流电桥的原理和应用交流电桥是一种用以测量电阻、电容和电感的仪器。
它基于电流平衡的原理，通过调节电桥平衡条件来测量未知待测元件的参数。
下面将详细介绍交流电桥的原理和应用。
1.交流电桥的原理为了描述交流电桥的原理，我们先来看一个最简单的交流电桥，维尔斯通电桥：R1电压源----/\/\/\/-------A------，-------BR2A,B之间连有一无感电流表。
在电桥平衡的情况下，可以得到以下关系式：R1R2------=--------R1R2即：R1/R2=RB/RA根据这个关系式，如果已知R1、R2和RA，那么可以求解出RB。
2.交流电桥的应用(1)电阻测量：交流电桥可以用来测量电阻的值。
通过调节电桥平衡的位置，可以计算出未知电阻的阻值。
这在电子电路的检测和维修中非常有用。
(2)电容测量：交流电桥还可以用来测量电容器的容量。
通过调节电桥平衡的位置，可以计算出未知电容的容值。
这在电子器件的制造和调试中起着重要作用。
(3)电感测量：交流电桥也可以用来测量电感的值。
通过调节电桥平衡的位置，可以计算出未知电感的感值。
这在电子电路中对于滤波电感的选择和调试非常有用。
(4)线桥测量：交流电桥还可以用来测量物体的导电性。
通过调节电桥平衡的位置，可以判断物体是导体、绝缘体还是半导体。
这在材料科学和电化学中有着广泛的应用。
(5)无损检测：交流电桥可以应用于无损检测领域。
通过交流电桥对材料进行电阻、电容和电感的测量，可以判断材料是否存在缺陷，如裂纹、漏电等。
总之，交流电桥作为一种精密测量仪器，具有高精度、快速、可靠等优点，在电子工程、材料科学、无损检测等领域中得到了广泛的应用。
它不仅可以测量电阻、电容和电感等参数，还可以帮助人们研究材料的导电性质和无损检测材料的质量。
它不仅提高了工作效率，也为人们深入研究电子和材料提供了帮助。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数字电位器DS1267及其在电桥自动平衡中的应用
摘要：DS1267是DALLAS公司生产的256结点双数字电位器，它具有三种串行接口且功耗很低，很容易与单片机接口，文中介绍了数字电位器DS1267的结构和工作原理，同时给出了DS1267在瞬态应变波形存贮器中的应用线路和软件流程图。
关键词：数字电位器；电桥；自动平衡；DS1267
传统的机械电位器结构简单，价格低廉。
但由于机械电位器受制造材料和制造工艺的限制，其滑臂存在接触不良或磨耗问题。
而接触不良是电路产生噪声和干扰的来源之一。
严重的接触不良可能使大功率的后续电路和执行机构受到过大的电冲击，从而导致电路瞬态振荡或设备损坏。
数字电位器是针对机械电位器的缺点而产生的一种电控电位器，它由电阻串联网络、模拟开关和控制逻辑组成，采用集成电路工艺生产，能保证优良的线性和温度稳定性，因而可从根本上解决机械电位器接触不良和电冲击问题。
数字电位器更重要的优势还在于其滑臂的位置既可以手动调节，也可以由数字信号控制调节。
而后一种工作方式在自动控制系统的应用方面，是机械电位器无法实现的。
DS1267是美国DALLAS公司生产的256结点双数字电位器。
这种数字电位器在每片封装中都含有两只相互隔离的数字电位器，它们可以单独使用，也可以组合使用以获得更高的分辨率。
DS1267具有超低功耗、三线串行接口，很容易和单片机配合等优点，使用很少硬件和软件开支即可实现自动增益控制和自动平衡调节等功能。
1 DS1267的工作原理
图1 为DS1267的内部框图和引出端。
其中H0、L0和H1、L1分别为电位器0和1的电阻引出端，W0和W1分别为其滑臂引出端；在电位器电阻的两个引出端之间串联有255个阻值相等的小电阻，总阻值为10kΩ、50kΩ或100kΩ。
两个滑臂的位置分别由两个8位的位置寄存器决定，寄存器输出的二进制数作为2 56选1多路模拟开关的地址信号，以便将电位器滑臂通过多路模拟开关接到一
个确定的电阻结点上。
滑臂选择多路开关可选择W0或W1，并从SOUT端输出以选择两个电位器的串联操作。
外部控制信号输入端RST、CLK、DQ构成了三线串行接口，三个信号互相配合可将滑臂位置数据b16～b1和滑臂选择数据b0写入到17位的I／O移位寄存器，这17位的寄存器数据又可以回传到滑臂位置寄存器和滑臂选择寄存器。
引出端COUT可串行输出17位寄存器数据，以用于多片电位器的级联工作。
图2为DS1267三线接口的工作时序图。
当复位信号
上
升到高电平，DQ端的串行数据即可在CLK的上升沿进入内部移位寄存器。
并在1 7个CLK时钟脉冲内输入完整的17位数据，顺序为b0在先，b16在后。
其中b0为滑臂选择位，b1～b8为电位器1的滑臂数据，b9～b16为电位器0的滑臂数据，b1、b9为高位，b8、b16为低位。
当
应用软件的支持下，使电位器的寿命大大延长并在很短的时间内实现自动平衡。
数字电位器DS1267在双通道瞬态应变波形存贮器中的应用线路如图4所示。
图中，用单片机8051的P3．0、P3．3、P1．5作为三线接口，分别控制DS1267的CLK、RST、DQ输入端。
将DS1267的滑臂W0、W1接地， H0、L0和H1、L1分别接两个桥路的输出端。
桥路输出电压可在差分放大和AD变换后由8051判断是否平衡。
若不平衡，则向DS1267置入新的控制数据，如此循环直至平衡。
为了减少平衡时间，可以采用中分法，即滑臂的初始位置在电位器的中点，若桥路输出电压不为零，则下一次置数使滑臂位置在电位器阻值的1／4或3／4处，即下次滑臂位置继续设置在本次位置相邻区间的中点处。
对于256结点的电位器，最多比较7次即可完成平衡。
应变波形存贮器通常对平衡时间无过高要求，因此，为简化软件编程，可采用逐点搜索法。
即让电位器滑臂从最左端开始，逐步向右移动，直至电桥平衡，平衡时间约1ms。
控制DS1267实现自动平衡的软件流程如5所示。
其中，初始化过程用于清除平衡标志，设置17位数据中的CH0、CH1的滑臂数据为零。
而延迟的作用是使电桥和放大器在新的数据字下达到稳定。
3 结束语
在以单片机为基础的应变数据采集仪器中，利用数字电位器的程控特性和单片机的控制能力来完成电桥的自动平衡代表了应变测量仪器的发展方向。
在笔者设计的自动平衡电桥应用中，仅使用一片DS1267就可以实现两个通道的快速自动平衡。
同时，数字电位器的高可靠特性也使得整个仪器的工作稳定性得到了保证。