智能化數(shù)字萬用表的設(shè)計.doc

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1、經(jīng)濟學(xué)院電子設(shè)計大賽設(shè)計報告課題名稱：數(shù)字智能萬用表指導(dǎo)教師：汪成義王金庭光然學(xué)生：汪凡夏晶晶薇學(xué)生院系：電子工程系時間：2011年7月智能數(shù)字萬用表一設(shè)計目的1、培養(yǎng)綜合性電子線路的設(shè)計能力。2、掌握綜合性電子線路的安裝和調(diào)試方法。3、學(xué)會基于M3進(jìn)行軟件設(shè)計。二任務(wù)及要求1、任務(wù)設(shè)計并制作一臺具有直流電壓、交流電壓和電阻測量功能的智能數(shù)字萬用表。示意圖如圖1所示。4.jpg(9.77KB)2010-8-1908:16圖1智能數(shù)字萬用表示意圖2、要求1、基本要求（1）數(shù)碼顯示，最大讀數(shù)1999。（2）直流電壓量程：0.2V、2V、2

2、0V，精度為±0.2%±1個字；輸入阻抗≥10MΩ。（3）交流電壓量程：0.2V、2V、20V，精度為±0.5%±2個字（以50Hz為基準(zhǔn)）；輸入阻抗≥10MΩ；頻率響應(yīng)圍為40~1000Hz。（4）電阻量程：2Ω、200Ω、2MΩ，精度±0.2%±2個字。2、發(fā)揮部分（1）直流電壓測量具有自動量程轉(zhuǎn)換功能。（2）具有“自動關(guān)機”功能，即在測量過程中，若1分鐘無任何鍵按下，儀器會自動關(guān)閉顯示并處于低功耗狀態(tài)；再按任意鍵，儀器能返回“自動關(guān)機”前的工作狀態(tài)。（3）具有相對誤差（△%）測量功能，即在進(jìn)行某項測量時，首先通過示屏提示用戶從鍵

3、盤輸入標(biāo)稱值，一旦輸入確認(rèn)后，儀器能顯示相對誤差中的△值。（4）其它。三總體設(shè)計方案1、系統(tǒng)模塊圖根據(jù)題目要求和本系統(tǒng)的設(shè)計思想，系統(tǒng)主要包括圖2所示的模塊：被測量輸入電測阻量程自動轉(zhuǎn)換電路單片機系統(tǒng)電阻測量電路測直流A/D轉(zhuǎn)換電路測交流鍵盤與顯示交測直流轉(zhuǎn)換電路圖2系統(tǒng)模塊框2、總體方案分析若被測量為電阻，則須經(jīng)過電阻測量電路將電阻量轉(zhuǎn)化為直流電壓量后才可以進(jìn)入量程自動轉(zhuǎn)換電路；若被測量為直流電壓，則可以直接進(jìn)入量程自動轉(zhuǎn)換電路；若被測量為交流電壓，則需要先經(jīng)過交直流轉(zhuǎn)換電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓后再進(jìn)入量程自動轉(zhuǎn)換電路。單片機系

4、統(tǒng)通過對CD4052芯片A、B端的控制實現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換電路將測得的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量之后通過單片機系統(tǒng)在液晶顯示屏上顯示出來。四單元電路設(shè)計與計算1、電阻測量電路利用運算放大器采用反相比例運算的方法,將測電阻轉(zhuǎn)化為測電壓，電路圖如下：圖3電阻測量電路由反相比例電路可知：Uo=(Rx/500)×5V,可推出Rx=Uo×100,測量電阻時若輸出電壓Uo=2V，則被測電阻Rx=200?如上圖所示。2、交直流轉(zhuǎn)換電路測量交流電壓時須先將交流轉(zhuǎn)化為直流，這里采用全波精密整流電路，利用二極管的單向?qū)щ娦?，運放A1構(gòu)成反相器，運放A2構(gòu)

5、成反相加法器，電路圖如下所示：圖4交直流轉(zhuǎn)換電路當(dāng)UI>0時D1導(dǎo)通、D2截止UO1=-2UIUO=-UO1-UI=UI當(dāng)UI<0時D1截止、D2導(dǎo)通UO1=0UO=-UO1-UI=-UI輸入與輸出信號波形如下：圖5交直流轉(zhuǎn)換電路輸入與輸出波形3、量程自動轉(zhuǎn)換電路自動量程轉(zhuǎn)換電路的作用是按輸入信號條件（過量程、欠量程信號）和時鐘信號（EOC、DS1~DS4）發(fā)生相應(yīng)的量程信號控制。通過單片機讀取MC14433的數(shù)字信號，通過數(shù)字信號的大小來控制模擬開關(guān)，從而改變反饋電阻的大小來實現(xiàn)檔位的不同選擇。模擬開關(guān)的導(dǎo)通由Q3和Q0決定，當(dāng)被測

6、電壓過量程時（Q3=0且Q0=1），向高量程變化；欠量程時（Q3=1且Q0=1），向低量程變化；當(dāng)量程適當(dāng)時，保持原來狀態(tài)不變。其中，Au=-Rf/R，R=10K,如果要實現(xiàn)3個檔位，可以將Rf設(shè)為1k、10k、100k，然后通過控制開關(guān)來接通電阻，從而實現(xiàn)換檔。CD4052是一個雙4選一的多路模擬選擇開關(guān)，其使用真值表如表1所示：圖6CD4052芯片真值表應(yīng)用時可以通過單片機對A/B的控制來選擇輸入哪一路，這里選擇Y通道，電路圖如下：圖7量程自動轉(zhuǎn)換電路4、A/D轉(zhuǎn)換電路采用MC14433，集成芯片MC14433是是一個31/2位A

7、/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能。MC1403提供輸出可調(diào)基準(zhǔn)電壓，當(dāng)輸入一個直流電壓時，將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，用單片機來處理MC14433的控制信號。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，MC14433的EOC引腳輸出一個高電平脈沖給單片機，單片機進(jìn)入中斷處理程序。單片機對MC14433的DS1~DS4進(jìn)行動態(tài)掃描，然后將Q0~Q3進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后由LCD顯示。相關(guān)理論推導(dǎo)：雙積分過程可以由下面的式子表示：因為，故有，

8、式中=4000，是定時時間，是變時間，由確定斜率，若用時鐘脈沖數(shù)N來表示時間，則被測電壓就轉(zhuǎn)換成了相應(yīng)的脈沖數(shù)，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。的參數(shù)計算：式中為積分電容上充電電壓幅度，=，=0.5V，=4000。假定=0.1，=5V