合肥西门子模块代理商CPU供应商

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本文介绍了专为嵌入式系统设计的VK32系列新型多总线接口通用异步串行收发接器（UART）器件的原理以及在税控POS、远程自动抄表系统、嵌入式车载信息平台和串口服务器中的应用技术。   

    UART产生于上个世纪70年代，是块大规模集成电路。1981年的推出的IBM PC采用了8250 UART与外设进行数据通信，直到上个世纪末，UART一直是PC中主要的串行通信接口。随着高速串行总线USB的出现，USB以其诸多的优点取代了UART成为个人电脑中应用广泛的串行接口。 

    而在嵌入式领域，由于UART具有操作简单、工作、抗干扰强、传输距离远（组成485网络可以传输1,200米以上），设计人员普遍认为UART是从CPU或微控制器向系统的其他部分传输数据的方式，因此它们被大量地应用在工业、通信和家电控制等嵌入式领域。通常MCU/CPU都会自带一个UART串口，但实际应用中一个串口往往不够用，需要进行UART串口扩展。 
    
    截止到目前，范围内有过40种UART器件可以选择，大多数UART器件是以计算机总线转换UART为应用基础的，其通用性、管脚、寄存器与20年前很少改变。针对嵌入式应用，目前的UART器件普遍存在操作复杂、引脚多、价格昂贵等弱点，不能满足和适应的嵌入式系统的需要。 

    VK系列UART器件 

    维肯公司针对嵌入式系统中UART的发展趋势，设计推出了VK32xx系列新型多总线接口UART器件，其特点为： 

    1. 支持8位并行总线、SPI总线、UART等多种主机总线接口。其中，8位并行总线接口产品可以替代目前广泛使用的16C55x系列UART用于为8位、16位、32位MCU进行UART串口扩展。VK32系列8位并行总线接口UART产品采用了精简控制寄存器设计，并通过管脚复用减少了芯片管脚，简化的软件设计和PCB设计都适合嵌入式系统需求。 

    SPI接口总线系列产品为带有SPI接口的DSP、MCU实现同步SPI串口到异步UART串口的桥接和扩展，尤其针对目前广泛应用的DSP系统，大多数DSP都只有同步串口，只能用于与具有同步通信接口的外设进行通信。VK32系列SPI总线接口产品可以将一个SPI同步串行接口桥接/扩展成为1～4个通用异步串口，方便实现DSP和外设的异步串行通信。 

    UART接口产品地实现了将一个标准3线UART扩展成为2～4个增强功能UART。芯片内置的UART扩展协议处理逻辑，其它的地址信号和控制信号线就可以实现多个立配置的全双工串口扩展，为需要扩展串口的嵌入式系统提供了一个简洁的解决方案。
    
    2. 支持高速传输。每个子波特率可以立设置子串口通信速度可以达到920kbps（5V工作电压），主机支持的SPI总线传输速率为4Mbps，主机8位并行总线的传输速率为10Mbps。 

    3. 宽工作电压和低功耗设计。考虑到目前嵌入式领域中新型的DSP/FPGA的工作电压大多为2.5V，而大量的工业控制领域的MCU仍然需要在5V电压下工作，VK32系列UART设计的工作电压范围为2.5V～5.5V。同时，该系列芯片可以工作在自动休眠和唤醒模式下，有效地降低功耗。 

    4. 完善的FIFO功能。每个通道立的16级接收和发送FIFO，每个FIFO有4个可编程触发点设置。完善的FIFO功能可以进行发送/接收的数据缓冲，减少DSP/CPU对的操作，提高CPU/DSP的效率和的性。 

    5. 子串口通道具备软件或硬件自动控制，满足高速中流量控制的需要。 

    6. 子串口具备可编程的硬件RS-485自动控制功能和自动9位网络地址识别功能，大大降低处理器的负担，尤其适用于工业RS-485组网。 

    7. 每个通道具备立可控的数据广播接收功能，可以应用于需要数据广播传输和控制的嵌入式系统中。 

    8. 所有UART（包括UART主接口和子通道UART）都支持IrDA红外通信。 

    VK系列UART器件的原理及框图 

    VK3200是VK32系列中功能全的型号，本文以VK3200的原理图为基础，对VK32系列UART芯片原理进行介绍。VK3200内部结构包括主机接口、子通道部分、MODEM控制逻辑、中断控制逻辑几部分。主机接口为VK3200与CPU/DSP相连的接口，通过M1、MO模式选择信号线，可以分别选择8位并行总线、SPI总线和UART三种接口与主机相连；MODEM控制逻辑用于与MODEM相连时的状态信号线的监控和控制；中断控制逻辑用于产生和控制各种内部中断。
    
    时钟发生器为芯片提供时钟，可以用CLKSEL引线选择从晶振还是外部时钟源时钟。子通道逻辑部分处理各个的数据接收和发送。数据发送的处理过程为：主机接口将从主口总线发送来的数据进行处理后传送到相应的子通道FIFO，FIFO里的数据经过流量控制逻辑后，在波特率发生器的作用下，通过发送移位寄存器顺次将数据发送到TX串行输出信号线上，接收数据与此正好相反。子通道处理模块中，控制寄存器用于对各个子通道进行设置，IR编用于对红外信号进行编解码，子通道流量控制器用于子通道传输数据时的自动控制。 

    在嵌入式系统中的应用 

    VK系列UART器件的在嵌入式产品中的应用领域包括：多串口服务器/多串口卡，工业/自动化现场RS-485控制，使用CDMA/GPRS MODEM的无线，车载信息平台/车载GPS定位系统，远传自动抄表（AMR）系统，税控POS/银行终端等金融机具，DSP数据采集和传输系统等。其应用实例如下： 

    1. 在税控POS中的应用 

    税控是一个控制密集形的嵌入式系统，需要控制大量外设。其基本配置要求的串口打印机、MODEM、RS-485网络接口，以及税控IC卡（异步卡）都工作在基于UART的串行通信方式。同时，大量的外设如密码键盘、条码扫描器、条码称、接触IC卡/非接触IC卡读卡器、磁卡读卡器、串口显示屏等设备都是通过RS-232串口与相连。 

    采用VK32xx系列UART器件可以根据MCU/CPU的接口特性，选择SPI/8位并行总线/UART进行灵活的UART串口扩展。该方案与采用目前GPIO来模拟串口的方案相比，占用CPU的I/O和资源都很少，即使普通的8位MCU也可以胜任。同时，扩展的子串口都是标准的硬件UART，使得也加。 
    
    2. 在远程自动抄表系统中的应用 

    如图3所示，远传自动抄表系统由远传表和集中抄表器以及MODEM等部分组成。 

    在远传表中，应用VK3212双串口扩展IC将单片机的一个UART扩展成两个UART，扩展出来的两个串口UART1和UART2分别接RS-485/M-BUS接口和红外接口。VK3212的UART1设置为RS-485自动收发和RS-485网络模式，可以MCU的控制，自动完成RS-485/M-BUS的数据自动收发和自动网络地址识别。VK3212的UART2设置为红外模式，用于连接远传表的红外设置窗口。 

    在集中抄表器中，用一片SPI接口的4通道UART器件VK3234将扩展出4个子串口UART，MCU通过SPI总线与VK3234相连。VK3234的子串口UART设置为RS-485自动收发模式，每个子通道UART控制的RS-485/MBUS收发器通过RS-485/M-BUS总线连接多250个远传表。一个基于VK3234的集中抄表器可以实现多1,000个远传表的数据读取。 

    由于是通过SPI接口扩展的串口，集中抄表器单片机自身的串口可以连接PSTN/GSM MODEM将集抄数据传给远程服务器。 

    3. 在嵌入式车载信息平台中的应用 

    VK3233主接口有SPI和UART两种接口可以选择。嵌入式平台中的DSP/CPU通过SPI/UART接口与VK3233相连，VK3233扩展出来的三个子串口分别连接GPS模块、倒车雷达模块和GSM/CDMA模块，MODEM控制线连接GSM/CDMA MODEM。整个嵌入式系统共用一个显示设备，有效地节省了车内有限的空间。 

    4. 在串口服务器中的应用 

    在工业控制等领域，众多设备的对外通讯接口仍然是低速串口。串口服务器将多个串口设备的数据存储、转换以后通过IP网进行传输。 

    图5显示了一个8串口服务器（4个RS-232串口、4个RS485串口）的电路原理图，嵌入式系统中的DSP/CPU的并行位数据线连接2片VK3266实现了8个串口的扩展，通过地址译码器控制2片VK3266的CS实现片选控制。在上图中，VK3266 A连接4个RS-232收发器，扩展出了4个带硬件流量控制信号的RS-232串口；VK3266B则连接了4个RS-485收发器，将VK3266设置在RS-458自动收发控制模式下，通过RTS信号控制RS-485收发器的数据发送使能DE和数据读取使能RD信号，能实现RS-485的自动收发控制。 

    选型参考和设计建议 

    1. 选型参考 

    VK32系列UART包括5个产品系列，各个产品系列的特点如下： 

    VK321x系列为主接口为UART的产品，仅通过RX，TX和GND三根信号线与主机相连，通过芯片内部的处理协议采用时分复用的方式将一个串口扩展成为2～4个可以同时工作的全双工串口。在该模式下，MCU以查询方式操作UART器件，设计中需要注意的是为保证在时分复用下各个子通道能够同时全双工通信，主接口的波特率需要设置为大于各个子串口波特率之和。VK321x产品适用于对通信速度要求不高，需要设计简单的嵌入式产品。 

    VK322x系列产品的主接口为SPI同步传行总线，传输速度为4Mbps。适合于带SPI接口的MCU/DSP扩展异步串口。大多数DSP都只有同步串口，通过SPI接口实现异步串口的桥接和扩展，可以简化并行总线扩展串口的硬件规模和模拟异步串口的软件开销。
    
    VK323x系列产品同时具备SPI和UART两种可以选择的主接口，扩展子串口具备硬件流量控制和RS-485自动收发功能，尤其适合于需要高的RS-485总线应用。 

    VK325x产品为8位并行总线接口的UART器件，VK326x为同时具备3种可选主机接口的UART器件。这两个器件应用于需要减少备货种类，需要进行大量的应用。 

    2. 设计建议 

    异步IC卡的接口设计。遵从7816-3的异步IC卡为半双工异步通信接口。在实际应用中，可以将子串口的RX和TX短接后直接与IC卡的I/O信号连接，为起见，也可以通过连接7407来驱动IC卡的I/O信号。 

    MODEM接口的设计。目前的PSTN/GPRS/CDMA/GSM MODEM支持三线串口（TX、RX、GND）通过AT命令操作。但实际应用中，仅仅使用三线串口容易丢包,造成数据重发,使得上传速度变慢,建议使用VK32系列中带MODEM接口的UART器件，用DSR、DTR、RI和DCD来监控MODEM状态，用RTS和CTS来做流控，这样速度可以达到。 

    RS-485总线的设计。RS-485是目前工业领域应用广的半双工通信系统。直接用MCU对RX485进行控制，有一些细节难于处理：通过MCU的I/O对485收发控制，在系统复位时，I/O可能使485收发器处在发送状态，造成总线上正在进行的通信失效；在数据收发切换中，一般依靠发送缓冲的状态来控制MCU的I/O对收发切换，而此时后一个字节可能还在移位寄存器中，会造成少发送一个字节的情况；同时，当RS485总线上有大量数据进行传送时，MCU不得不花大量的资源去判断该数据是否是发送给本机的，造成工作效率低。针对这些问题，建议用户在需要用到RS-485时，选用带有RS-485自动收发控制和9位网络自动识别的器件。 

    VK32系列UART器件可以工作在自动RS-485模式下：复位时，RTS处于接收状态，只有在数据发送时，RTS才工作在发送状态，当后一位数据从移位寄存器中发送完成后，RTS自动转为接收状态。同时，VK32系列的UART支持9位网络地址自动识别，仅当RS-485总线上的地址与UART设定的RS-485网络地址一致时，才产生中断，可以使MCU从大量的与自己无关的数据处理中解脱出来，提高系统的处理能力。 

    无铅化是半导体行业势不可挡的趋势，VK32系列UART产品全部实现无铅化封装，在回流焊时需要注意焊接温度满足相应的温度要求

正在改型的常导中低速磁悬浮列车的机械制动系统进行了介绍和分析，建立了机械制动系统的模型，介绍了计算机制动控制的工作原理、系统组成以及控制系统的硬件配置和软件流程等。在工控机的控制下，实现对磁悬浮列车机械制动系统的自动控制和实时监测。 

    1、前言

    磁悬浮列车是一种轮轨非粘着传动、悬浮于轨道的新型轨道交通运输系统，是介于铁路和航空之间的一种特的运输方式。在2001年研制的辆常导中低速磁悬浮列车实验线中，除了采用电制动以外，还设置了机械制动和支撑滑块制动。实验表明，几种制动方式中，电制动和支撑滑块制动都达到很优的效果。

    为了达到优的性能指标，对正在改型的二辆常导中低速磁悬浮列车的机械制动进行了改进。但是，机械制动受外界环境的影响很大，为了有条件地改变制动力，有效地克服外界环境的影响，引入了减速度控制方案。本文利用工控机、数控、数据采集等技术，对常导中低速磁悬浮列车的机械制动系统进行了设计，实现了计算机控制的机械制动。整个制动系统由机械制动装置、工控机、高速数据采集卡、开关量输入板、开关量输出板等组成，实现对常导中低速磁悬浮列车机械制动的自动控制和监测。

    2、机械制动的制动原理

    目前我校自行研制的改进型常导中低速磁悬浮列车的机械制动采用了气一液制动方式，为了减小制动器的体积，制动的工作介质采用液压油。机械制动气路结构如图1所示。
    
    图1 磁悬浮列车机械制动结构图
    系统由比例阀、气液转换器、制动器组成。气压调节选用了电流型的比例气压调节阀，其入口气压由恒压阀调节在0.6MPa左右。车辆的气液转换器的大增量气压设置为0.4MPa，大油压可以工作在10MPa左右，因此我们选用转换比为1∶25的气—液转换器。当控制电流为4～20mA时，输压在0～0.4MPa变化，制动器的制动油压相应在0～10MPa之间变化，每台制动器的制动臂产生0～9000N的夹持力。如果摩擦片的磨擦系数在0.3左右时，单台制动器的制动力可以大于2500N。由于每辆车有16台制动器，共可产生大于40000N的制动力，在磁浮车处于额定载重条件下（总重30t时），仅机械制动即可产生大于1.3m／s2的减速度效果。

    为了保证车辆在比例气压调节阀失效或需要紧急制动的情况下，仍然能够完成制动目的，在比例气压调节阀侧还并联了一个开关型电磁阀，作为应急控制之用。

    因此，通过调节比例阀的电流就可以改变制动器的制动力，从而得到制动减速度。采用计算机实现对制动系统的闭环控制，驾驶员可以自如地依需要的减速度来控制车辆的制动运行。

    3、机械制动系统的建模

    要实现机械制动的控制，要对机械制动的各个部件进行建模。制动器总成的油压建立通过了管道，并有一定阻力，另外，制动器还有运动空行程，因此制动力的产生有一定的延迟时间，机械制动系统属于非线性系统。在比例阀以及气液转换器处分别安装气压传感器和液压传感器，通过改变比例阀的控制电流来改变制动系统的各个控制部件的输出，测得各部件的特性曲线。当比例阀的输入电流阶跃变化时，实验得出系统的阶跃响应曲线，然后分析图形特性，建立系统的参数模型，确定传递函数的结构和参数。

    图2为磁悬浮列车机械制动控制部件的特性曲线图。当比例阀的调节电流调节到6.30mA时，制动器夹住，当调节电流在6.30～16.54mA变化时，气压传感器和油压传感器的输出电流都呈线性变化，输压在0.08～0.5MPa变化，输出油压在1～10MPa变化。当比例阀的输出电流下调时，气压有一定的回环。
    
    图2 磁悬浮列车机械制动控制部件的特性曲线
    图3和图4分别为比例阀和气液转换器的阶跃响应曲线。
    
    通过辨识，可得到各部件的数学模型如下：
    比例阀的模型为：
    
    气液转换器的模型为：

    制动转换器的模型为：

    式中，K1，K2，K3，T1，T2，τ1，τ2等可以通过实验辨识分析求得。

    磁悬浮列车有16台制动器总成，安装夹持力传感器在实际中不好实现。但是，当实现了制动系统的气压调节作用时，实际上就间接地控制了制动油压和制动器的夹持力，该过程忽略了管线、制动器部件运动的摩擦阻力，因此设计气压校正网络来实现夹持力闭环控制，诚然，只使用夹持力闭环控制时，由于自然条件和轨面的条件不同，同样的夹持力，可能获得的制动效果不同，制动的效果与驾驶员的经验有关。采用减速度闭环控制时，驾驶员可以通过制动手柄，控制不同的减速度，驾驶员对制动手柄的控制是以减速度给定值不大于1.3m／s2为上限的，因此设计了气压和减速度为反馈量的双闭环控制系统。其反馈控制框图如图5所示。气压校正网络W2（s）用于控制气压，即间接地控制了夹持力，加速度校正网络W1（s）则用于控制减速度，使减速度不至于过大，并可以从0～1.3m／s2之间进行线性操作。
    
    图5 机械制动系统反馈控制框图

    4、计算机控制的机械制动系统组成

    计算机控制的机械制动系统主要由传感器（加速度、气压）、A／D转换卡、开关量输入卡、D／A转换卡、工控机（包括控制程序）等组成。如图6所示，被控对象是列车的减速度，当制动时，由加速度传感器测量制动减速度的值，经过A／D转换，送入工控机。工控机对测量的减速度信号进行数字滤波，并和制动手柄给定的减速度信号进行比较，通过减速度控制器W1（s）（由软件实现）计算出减速度控制信号，与气压传感器采集的气压反馈信号比较，获得误差信号，再通过气压控制器W2（s）（由软件实现）得到气压控制信号，经过D／A转换，驱动比例阀控制气压从而改变制动力的大小，终达到所希望的减速度。

    另外，机械制动器的安装位置比较紧凑，对刹车片的磨耗的观察和检查比较困难，采用了摩擦片内埋线的方式，在磨耗达到限并处于夹持状态时，可以用埋线被短路的条件获得电信号。因此，可以对刹车片的状况进行在线检测。

    本系统中，工控机采用研华公司的IPC610H，而开关量输入卡、A／D转换卡、D／A转换卡分别采用康拓公司的系列板卡，系统框图见图6。
    
    图6 计算机机械制动系统框图

    5、机械制动系统的软件设计

    本系统采用基于bbbbbbs平台的可视化软件Visual C＋＋6.0作为开发工具，本着模块化软件设计思想，把系统划分为几个模块，并设置各个模块之间的接口，根据要求，将磁悬浮机械制动系统分为：参数设置模块、输入数据采集和A／D转换模块、数字滤波模块、控制器算法模块、数据处理和显示模块、输出数据D／A转换模块、数据保存模块、与上位机的通信模块等。如图7所示。参数设置模块主要是一些输入输出板卡的设置等；数据采集和A／D转换模块主要是实现制动手柄给定的加速度值、输出的加速度值以及气压值的采集和数模转换等；为了有效地克服测量信号中的干扰和噪声，设置了数字滤波模块，通过软件滤波减少干扰；另外还设置了数据处理和显示模块，用来实时显示当前的加速度值和制动时间；输出数据D／A转换模块将控制信号进行模数转换；另外还设置了数据保存模块以及与上位机的通信模块。的控制器算法采用非线性PID控制算法，控制参数由计算机优化得出。主程序流程如图8所示。
    
    图7 计算机机械制动系统的软件设计框图
    
    图8 计算机机械制动系统的主流程图

    6、结束语

    本文对计算机控制的常导磁悬浮列车的机械制动系统在建模、硬件、软件上进行了阐述，计算机制动控制改善了以往手动机械制动的不足，是磁悬浮机械制动的新突破。目前正处于研发阶段，并将在我校自行研制的改进型磁悬浮列车上使用和考核性能，为今后常导磁悬浮列车的机械制动研究做了铺垫。

一、引言

    温度传感器应用广泛[1]，其中Pt电阻温度传感器由于精度高、稳定性好、性强、寿命长，所以广泛应用于气象、农林、化纤、食品、汽车、家用电器、工业自动化测量和各种实验仪器仪表等领域。然而随着产量增加，其生产过程中产品的测试问题成为影响产品产量和质量的关键问题，研制开发价格比的测试系统，不仅可为生产商提供必要的测试工具，还可为温度传感器的性研究提供有效的手段。本文介绍了Pt电阻温度传感器测试系统的多通道信号调理模块的原理及电路设计。

    二、信号调理模块的构成及工作原理

    Pt膜温度传感器测试系统信号调理模块的基本原理如图1所示，整套测试系统一共有n个单元测量电路，能实现传感器的多通道测量。每个单元测量电路采用四线制的方式进行设计，而这种四线制的结构中需要一个精密的恒流源；此外，由于单元测量电路的输出信号较弱，还需要将输出信号进行直流放大，放大后再进行A/D转换。为了提高测量精度，减小测量时外围电路带来的误差，本设计采用了多路电子开关Ka，使得n路单元测量电路共用一个0.5mA的精密恒流源，同时使 n路单元测量电路共用一个放大电路，即在对Pt温度传感器进行测量时，只有当电子开关组Ka和Kb组的n个开关同时接通时才能够选中n个Pt温度传感器并对其进行参数的测量。

    本系统采用了32个八选一的多路开关器件CD4051和两个74LS138组成电子开关阵列，实现了对128个通道控制，可选择128个Pt电阻中任意一个进行测试。测量电路所测得的Pt电阻传感器两端的电压经过放大电路后进入MSP430单片机的进行A/D转换。

    三、恒流源的设计

    恒流源原理如图2所示[3、4]。本测试系统恒流源的电流值定为0.5mA，此电流值定为0.5mA主要有以下两个原因： 

    （1）、如果恒流源的电流值过大，电流在流过Pt电阻时产生的热量会影响测试精度。根据经验，电流值不能大于1mA；

    （2）、如果恒流源的电流值过小，在测试时输出的信号就会很小，为了使测量的信号满足A/D的要求就加大放大电路的放大倍数，这样就加大了系统的误差。综合考虑上述两个原因，本系统中恒流源的电流值定为0.5mA。恒流源电路设计中使用了TLC2652斩波稳零运算放大器[2]和电压基准源TL431。 TLC2652斩波稳零的工作方式使其具有优异的直流特性，失调电压及其漂移、共模电压、低频噪声等特点。TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调的电压基准源，它的输出电压可以在2.5V到36V范围内设置。 

    在设计恒流源时，电压基准源TL431使得A、B两端的电压为2.5 V，B点与TLC2652的3脚的电位相等，而TLC2652的3脚与其2脚虚短，即3脚与2脚的电位相等，也就相当于B点与TLC2652的2脚电位相等，即R1两端的电压与A、B两端的电压相等，也为2.5V，从而可以计算出流过R1的电流I1为0.5mA。TLC2652的2脚与其3脚虚断，也就是说TLC2652的2脚没有电流输出，所以有I2=I1。换言之就是我们在C处得到0.5mA的恒流输出[4、5]。

   四、放大电路的设计

    由于所测出的Pt电阻温度传感器两端的电压信号较弱，所以此电压在进行A/D转换之前经过放大电路（如图3所示）的放大。

    本系统中放大电路的输入信号在50mV～70mV之间，所用A/D转换的电压范围为0V～2.5V，经过计算，放大电路的放大倍数为35倍左右时可以满足A/D转换的要求。普通的运算放大器的输入失调电压一般在数百微伏以上，失调电压的温度系数在零点几微伏以上。虽然输入失调电压可以被调零，但其漂移则是难以的。而斩波稳零型运算放大器TLC2652提供了一种解决微信号放大问题的廉价方案。斩波稳零的工作方式使TLC2652具有优异的直流特性，失调电压为0.5μV（典型值）～1μV（大值）；输入失调漂移电压为0.003μV/℃（典型值），失调电压长期漂移为0.003μV/月[3][8]。经过计算，TLC2652的性能参数可以满足本系统测量精度的要求，所以本系统的放大电路中的运放采用了TLC2652。

    五、信号调理模块的精度分析

    对本测试系统在进行测试时，先将被测一组的Pt电阻温度传感器置于冰水混合物中，测出这组Pt电阻在0℃时两端电压值，再将这组Pt电阻温度传感器置于100℃的液体介质中，测出这组Pt电阻在100℃时两端电压值。被测的温度传感器Pt100在0℃的阻值为100W，在100℃时的阻值为138Ω。而本测试系统所用的A/D输入电压在0V～2.5V。本系统的恒流源的电流定为0.5mA。
    

    Pt电阻测温时满足公式：

    Rt=R0（1+At+Bt­2）                         （1）

    式中，A=3.90802×10-3/℃；
    
    B=-5.80195×10-7/℃；  

    Rt、R0—Pt电阻在t℃和0℃时的电阻值。

    由此可推出公式：

    ΔR= R0（AΔt+BΔt2）                          （2）

    要想使被测的Pt电阻的测量精度达到0.1℃ ，取Δt=0.1℃带入上式，可求得ΔR=0.0391W。即本系统所测的Pt电阻的阻值精度应为0.0391。故可算出系统的大相对误差γ总为3.91×10-4

    整个系统的误差包括：恒流源的误差γ1，引线电阻Rn1、Rn2、Rn3和Rn4产生的误差γ2，电子开关Ka、Kb导通电阻产生的误差γ3和放大电路的误差γ4。

    1、恒流源的误差γ1

    恒流源的误差γ1来源有TL431的误差γ11、TLC2652的误差γ12及图2中电阻R6的误差γ13。设系统工作环境的温度变化ΔT=10℃， TL431的电压的温漂为20ppm/℃可以计算出：

    γ11= 20×10-6×10=2×10-4

    由TLC2652的输入偏置电流为60pA（大值）、输入失调电流为60pA（大值），可以计算出：

    γ12=（60×10-12+60×10-12）/（0.5×10-3）=2.4×10-7

    恒流源电路中的电阻R6为精密电阻，其温漂为2ppm/℃，可以计算出：

    γ13=2×10-6×10=2×10-5

    则：γ1=  ≈2×10-4

    2、引线电阻产生的误差γ2

    在本设计中，对Pt温度传感器进行测试时采用的四线制接线方式可因连线过长而引起的误差。如图1中所示的Ptn的等效形式，其中Rn1、Rn2、Rn3和Rn4为引线电阻和接触电阻，且阻值相同。Rn1、Rn2是电压检测回路的引线电阻，Rn3、Rn4是恒流源回路的引线电阻。这种电路在测量电压时，由Rn1和Rn2的电压降引起的测量误差，远远小于Pt电阻温度传感器两端的电压的值，可忽略不计。Rn3和Rn4因为是和恒流源串联连接，故也可忽略。因此γ2≈0。

    3、电子开关导通电阻产生的误差

    本系统的电子开关采用了八选一的CMOS模拟开关CD4051，其导通时的电阻约为几百欧，但我们可以把Ka导通电阻看作恒流源电路中的运放的差模输入阻抗的一部分。Kb的导通电阻可以看作放大电路中的运放的输入阻抗的一部份，所以γ3≈0 

    4、放大电路的误差

    根据TLC2652特性可知，其输入失调电压为0.5μV～1μV；失调电压漂移为0.003μV/ oC；设系统工作环境的温度变化ΔT=10℃ ，可以计算出放大电路的误差γ4：

    γ4=1×10-6+0.003×10-6×20≈0.5×10-6

    所以信号调理模块的大测量误差γ为：

        γ=                 （3）

    由于γ<γ总，所以此信号调理模块的测量精度满足要求。

    六、结论

    本文介绍的Pt电阻温度传感器的测试原理及方法具有通道容量大、测量速度快、使用方便、稳定、通用性强等优点，并且在温度传感器测试领域中有着为广阔的应用前景，不但能解决Pt电阻温度传感器生产与检测过程中的实际问题，还可实现对Pt温度传感器的参数进行高速、、批量的测量。