智能數(shù)字萬用表的設(shè)計

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1、智能數(shù)字萬用表的設(shè)計　　摘要：本智能數(shù)字萬用表由凌陽SPCE061A單片機、MC14433——3位A/D轉(zhuǎn)換電路、自動量程轉(zhuǎn)換電路、交直流轉(zhuǎn)換電路和大、小電阻測量電路組成，能夠?qū)涣麟妷?、直流電壓、大電阻和小電阻進行精確測量。使用凌陽SPCE061A單片機作為控制模塊，實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)化；使用MC14433實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換；使用簡易軟鍵盤、凌陽SPLC501液晶顯示模組實現(xiàn)輸入和顯示；使用單片機讀取MC14433的數(shù)字信號來控制模擬開關(guān)，從而改變反饋電阻的大小實現(xiàn)檔位的不同選擇；本設(shè)計能夠準(zhǔn)確對被測量進行測量，所有性能指標(biāo)符合要求。　　關(guān)鍵詞：數(shù)字萬用表單片機MC1

2、4433交直流電壓測量電阻測量　　一、方案論證　　1.交流電壓的測量：由于交流電壓不能直接測量，必須轉(zhuǎn)換為直流電壓。轉(zhuǎn)換方案有3種：　　方案一、熱電偶測量法：根據(jù)交流有效值的物理定義來實現(xiàn)測量的，利用熱電偶電路平衡原理通過兩端的電勢比較得到有效值。但熱電偶轉(zhuǎn)換線性度差，且熱電偶具有配對較難、響應(yīng)速度慢、負(fù)載能力差等缺點?！　》桨付?、模擬運算法：根據(jù)有效值的數(shù)學(xué)定義，用集成器件乘法器、開放器等依次對被測信號進行平方、平均、開方等計算直接得到交流輸入信號的有效值。這種方案測量的動態(tài)范圍小、精度不高且輸入信號的幅度變小時，平均器輸出電壓的平均值下降值很快、輸出幅度很小

3、?！　》桨溉?、交流整形電路：使用AD637等集成有效值轉(zhuǎn)換芯片，把交流電壓信號轉(zhuǎn)換為幅值等于交流有效值的直流電壓信號，在對直流電壓進行測量，這種方案電路簡單、響應(yīng)速度快、失真度小、工作穩(wěn)定可靠?！　【C上，采用方案三進行交流電壓的測量?！　?.小電阻的測量：由于小電阻在通入電壓后發(fā)熱，測量出的電阻值會產(chǎn)生較大的誤差，對于小電路有3種方案測量：　　方案一、直流電橋測量法。直流電橋又分直流單電橋和直流雙電橋。采用這兩種方法測量時很多操作需要手動，并且對元件精度要求高，通過數(shù)字電位器來改變需要的電阻參數(shù)，索然可以實現(xiàn)數(shù)控，但數(shù)字電位器的每一級步進電阻值不確定，調(diào)節(jié)困難，

4、用單片機處理計算復(fù)雜并且測量時操作不便?！　》桨付?、電阻比例法。電阻比例法采用如圖1所示的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器電路，可實現(xiàn)電阻——數(shù)字的轉(zhuǎn)換。由于在電阻上Rx、Rs中流過相同的電流，因此不需要精密的基準(zhǔn)電流，但需要計數(shù)器和精密時鐘發(fā)生器且電路復(fù)雜處理難度大?！　》桨溉?、采用恒流外加小信號放大法。當(dāng)測量0~2Ω小電阻時，采用恒流源產(chǎn)生10mA的電流流經(jīng)電阻產(chǎn)生0~20mV壓降再放大10倍即0~200mV測量，這樣解決了大電流流經(jīng)小電阻發(fā)熱大的問題。此種方案誤差主要取決于恒流源的精度，只要恒流源恒定，測量可以達到很高的精度?！　【C上，采用方案三進行小電阻的測量。　　

5、3．A/D轉(zhuǎn)換模塊　　方案一、采用CC7106。CC7106是CMOS大規(guī)模集成電路芯片，它將模擬電路與數(shù)字電路集成在一個有40個功能端的電路內(nèi)，所以只需外接少量元件就可組成一個3位數(shù)字電壓表。但是CC7106是以靜態(tài)方式驅(qū)動LCD轉(zhuǎn)換器，無BCD碼輸出端，因此不能直接獲得降量程信號。　　方案二、采用MC14433。MC14433是一個低功耗3位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器,與CC7106相比，MC14433采用動態(tài)掃描顯示，有多路調(diào)制的BCD碼輸出端和超量程信號輸出端，便于實現(xiàn)自動控制。　　綜上，采用方案二進行A/D轉(zhuǎn)換?！　?．自動量程轉(zhuǎn)換模塊　　方案一、采用軟件來

6、實現(xiàn)。通過單片機讀取MC14433的數(shù)字信號來控制模擬開關(guān)，從而改變反饋電阻的大小實現(xiàn)檔位的不同選擇，能夠很容易滿足測量范圍的要求。此方案是電路比較簡單，實現(xiàn)也較容易?！　》桨付?、采用硬件實現(xiàn)。電路的核心是一塊雙向移位寄存器CC40194，移位方向由MC14433過量程信號控制，并且還要外接一些數(shù)字電路才能實現(xiàn)換檔，電路比較復(fù)雜，不方便?！　【C上，采用方案一進行自動量程轉(zhuǎn)換。　　二、系統(tǒng)實現(xiàn)　　1.硬件設(shè)計　　根據(jù)題目要求和本系統(tǒng)的設(shè)計思想，系統(tǒng)主要包括圖一所示?！　y交流電壓被測量輸入鍵盤與顯示單片機系統(tǒng)電阻測量電路交/直流轉(zhuǎn)換電路自動量程轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電

7、路測電阻測直流電壓通過撥動開關(guān)選擇圖一設(shè)計原理圖　　SPCE061A單片機是本系統(tǒng)的核心器件，負(fù)責(zé)控制整個系用的正常工作，包括讀取MC14433轉(zhuǎn)換后的結(jié)果及10mV、100mV、1V和10V檔位的控制；按鍵輸入動作響應(yīng)；鍵盤與顯示模塊的驅(qū)動；量程自動控制等。輸入的電壓信號經(jīng)過自動量程轉(zhuǎn)換電路進行轉(zhuǎn)換，變成可供ADC模擬輸入端能正常進行采樣的電壓。交流電壓測量電路的功能是將被測的交流電壓經(jīng)過AD637轉(zhuǎn)換成直流電壓進行測量。電阻測量電路中使用2個三極管構(gòu)成能產(chǎn)生10mA電流的恒流的電路，通過NE5532后得到被測電阻上的電壓，運算得到被測電阻值。A/D轉(zhuǎn)換電路的

8、功能是實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量