智能數(shù)字萬用表的設(shè)計

1、闞“先浦學虎HUBEIUMVERSITYOFECONOMICS湖北經(jīng)濟學院電子設(shè)計大賽設(shè)計報告課題名稱：數(shù)字智能萬用表指導教師：汪成義王金庭劉光然學生姓名：汪凡夏晶晶張薇學生院系：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、學會基于M3進行軟件設(shè)計。二任務及要求1、任務設(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。功能轉(zhuǎn)換與輸入電路A/D轉(zhuǎn)換器單片機鍵盤與顯示；.圖1智能數(shù)字萬用表示意圖2、要求1、基本要求(1)31數(shù)碼顯示，最大讀數(shù)1999。2(2)直流電壓量程：、

2、2V、20V,精度為1個字；輸入阻抗10ML(3)交流電壓量程：、2V、20V,精度為2個字(以50Hz為基準)；輸入阻抗方10a；頻率響應范圍為401000Hz(4)電阻量程：2Q、200Q>2MQ,精度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分鐘內(nèi)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(的測量功能，即在進行某項測量時，首先通過示屏提示用戶從鍵盤輸入標稱值，一旦輸入確認后，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)

3、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：電阻測量電路里 程 自 動 轉(zhuǎn) 換 電 路電測阻被測量輸測直流入kOhm °0.2 k Ohm測交流交測直流轉(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入量程自動轉(zhuǎn)換電路。單片機系統(tǒng)通過對CD4052®片AB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

4、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：ETDETL-w1 KOhm圖3電阻測量電路由反相比例電路可知：Uo=(Rx/500)X5V,可推出Rx=UO<100,測量電阻時若輸出電壓Uo=2V則被測電阻Rx=20(?如上圖所示。2、父直流轉(zhuǎn)換電路利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,用二極管的單向?qū)щ娦?，運放A1構(gòu)成反相器，運放A2構(gòu)成反相加法器,圖如下所示:20 k Ohm741 + I100 uF10k Ohm-AAA*10kOhm圖4交直流轉(zhuǎn)換電路Uo= - U O1-UI =U|當

5、UI>0時D1導通、D2截止UO1=-2UI當UI<0時D1截止、D2導通UO1=0UO=-UO1-UI=-U|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（EOCDS1DS4發(fā)生相應的量程信號控制。通過單片機讀取MC14433勺數(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)的導通由Q3和Q0決定，當被測電壓過量程時（Q3=0且Q0=D,向高量程變化；欠量程時（Q3=1且Q0=D,向低量程變化；當量程適當時，保持原來狀態(tài)不變。其中，

6、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。CD4052g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：TNMBA送d率拜共oouDX,OYoo1IX,ITo10NX.2YQ113X3Y1XXNone圖6CD4052芯片真值表應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：cn語I05J5 10116i-Ui ULU.x IM OUT.YDfOUll*15*TUQkIa>insMegp TPCZF：(!：圖7量程自動轉(zhuǎn)換電路4、A/D轉(zhuǎn)換電路采用MC14433集

7、成芯片MC1443配是一個31/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS8擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，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)基準電壓Vref,當輸入一個直流電壓時,將進行A/D轉(zhuǎn)換，用單片機來處理MC14433I勺控制信號。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時,MC14433勺EOCS唧輸出一個高電平脈沖給單片機，單片機進入中斷處理程序。單片機對MC14433勺DS1DS進行動態(tài)掃描，然后將Q0Q3a行轉(zhuǎn)換之后由LCD顯示。相關(guān)理論推導：雙積分過程可以由下面的式子表示:V01R1C1t2t1 Vx

8、dtR1C1TiV021 t2VREF dtRC1 t1 * *VREF 丁RC1 X因為 VoiV02,故有 Vx9 VrefT1，式中Ti=4000Tcp , T1是定時時間，Tx是變時間，由WG確定斜率，若用時鐘脈沖數(shù)N來表示時間Tx ,則被測電壓就轉(zhuǎn)換成了相應的脈沖數(shù)，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。R1g的參數(shù)計算:_VX(max)TR1C1Vc式中Vc為積分電容上充電電壓幅度,Vc=VddVx(max)V,V二,fclk=66kHZ=當Vx(max)=2V時，代入式1,可得R1=480k,取標稱值470k電路圖如下圖所示:單片機圖8A/D轉(zhuǎn)換電路VESTEicnI1V1011國CTgDU%CPI

9、OfL'POEOL：江EE五軟件設(shè)計1、軟件設(shè)計流程圖:開始初始化進入休眠觸鍵喚醒單片機控圖9軟件設(shè)計流程2、程序代碼:程序清單#include""unsignedlongTheSysClock=UL;=1Busy;WriteNum(bai);WriteNum(shi);WriteNum(ge);WriteData('v');WriteNum(n);WriteNum(c);WriteNum(d);WriteData('v');/定義電阻顯示voiddianzu_judge_display()unsignedcharqian=0,bai

10、=0,shi=0,ge=0;unsignedcharm,n,c,d,dianzu;if(a3&0x08)=0x08)qian=0;elseqian=1;bai=a2;shi=a1;ge=a0;dianzu=(qian*1000+bai*100+shi*10+ge)/10;m=dianzu/1000;n=(dianzu-m*1000)/100;c=(dianzu-m*1000-n*100)/10;d=dianzu%10;WriteCommand(0x85);WriteNum(m);WriteNum(n);WriteNum(c);WriteNum(d);/WriteData('&#

11、39;);voidGPIO_Port_B_ISR(void)unsignedlongulStatus;ulStatus=GPIOPinIntStatus(READDATA_PORT,true);GPIOPinIntClear(READDATA_PORT,ulStatus);if(ulStatus&INT)while(!(flag0=1)&&(flag1=1)&&(flag2=1)&&(flag3=1)scan();GPIOPinWrite(READDATA_PORT,LED,0xff);flag0=0;flag1=0;flag2=0;fl

12、ag3=0;程序清單#include""#include""#defineSysCtlPeriClkGatingSysCtlPeripheralClockGating#defineSysCtlPeriSlpEnableSysCtlPeripheralSleepEnable#defineLED_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOA#defineLED_PORTGPIO_PORTA_BASE#defineLED_PINGPIO_PIN_0/定義KEY#defineKEY_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOD#defineKEY_P

13、ORTGPIO_PORTD_BASE#defineKEY_PINGPIO_PIN_7voidkeyInit(void)SysCtlPeriEnable(KEY_PERIPH);GPIOPinTypeIn(KEY_PORT,KEY_PIN);GPIOIntTypeSet(KEY_PORT,KEY_PIN,GPIO_LOW_LEVEL);GPIOPinIntEnable(KEY_PORT,KEY_PIN);IntEnable(INT_GPIOD);IntMasterEnable();/定義睡眠程序voidsleep(void)jtagWait();clockInit();keyInit();Sys

14、CtlPeriEnable(LED_PERIPH);GPIOPinTypeOut(LED_PORT,LED_PIN);GPIOPinWrite(LED_PORT,LED_PIN,0x00);SysCtlDelay(2500*(TheSysClock/3000);SysCtlPeriClkGating(true);SysCtlPeriSlpEnable(KEY_PERIPH);for(;)GPIOPinWrite(LED_PORT,LED_PIN,0xff);SysCtlSleep();GPIOPinWrite(LED_PORT,LED_PIN,0x00);SysCtlDelay(2500*(T

15、heSysClock/3000);voidGPIO_Port_D_ISR(void)unsignedlongulStatus;ulStatus=GPIOPinIntStatus(KEY_PORT,true);GPIOPinIntClear(KEY_PORT,ulStatus);if(ulStatus&KEY_PIN)SysCtlDelay(10*(TheSysClock/3000);while(GPIOPinRead(KEY_PORT,KEY_PIN)=0);SysCtlDelay(10*(TheSysClock/3000);程序清單#defineSCKLGPIOPinWrite(CT

16、L_PORT,SCK,0x00);/定義信#defineSID_LGPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0x00);#defineCS_LGPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0x00);#definePSB_LGPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0x00);#defineSCK_HGPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0xFF);號輸出高電平#defineSID_HGPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0xFF);#defineCS_HGPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0xFF);#definePSB_HG

17、PIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0xFF);號輸出低電平/定義信#defineSIDREADGPIOPinRead(CTL_PORT,SID);/定義讀回的數(shù)據(jù)#defineSIDINGPIOPinTypeGPIOInput(CTL_PORT,SID);/定義SID信號為輸入#defineSID_OUTGPIOPinTypeGPIOOutput(CTL_PORT,SID);voidLCD_init(void);voidSendByte(unsignedcharDbyte);unsignedcharReceiveByte(void);voidCheckBusy(void);vo

18、idWriteCommand(unsignedcharCbyte);voidWriteData(unsignedcharDbyte);unsignedcharReadData(void);voidDelay(unsignedintMS);voidDelayKey(unsignedintSecond,unsignedintMS100);voidLcmInit(void);voidLcmClearTXT(void);voidPutStr(unsignedcharrow,unsignedcharcol,unsignedchar*puts);voidWriteNum(unsignedcharnum);

19、#endif程序清單#ifndef_TEST_H_#define_TEST_H_#include""#include""#defineREADDATA_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOB#defineREADDATA_PORTGPIO_PORTB_BASE#defineREADDATAGPIO_PIN_3|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0#defineINTGPIO_PIN_4#defineLEDGPIO_PIN_5#defineSCAN_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOA#defineSC

20、AN_PORTGPIO_PORTA_BASE#defineSCANGPIO_PIN_3|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0#defineOUTPUT_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOE#defineOUTPUT_PORTGPIO_PORTE_BASE#defineOUTPUTGPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0voidscan(void);voidzhiliu_judge_display(void);voidjiaoliu_judge_display(void);voiddianzu_judge_display(void);voiddisplay_wucha_val(void);#endif六系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、測試與分析1、測試使用的儀器(1) 函數(shù)信號發(fā)生器(2) 直流電源(3) 示波器(4) 數(shù)字萬用表2、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試結(jié)果(1)直流電壓的測試測試方法：通過單片機系統(tǒng)選擇直流電壓檔，將直流電源作為整機系統(tǒng)的輸入端，在LCD上顯示出所測直流電壓值。測試結(jié)果：檔位測得電壓實際電壓誤差（的200mV78mV74mV5134mV126mv174mV167mV2V506mV483mV992mV620V交流電壓的測試測試方法：通過單片機系統(tǒng)選擇交流電壓檔，由函數(shù)信號發(fā)生器提供一個正弦交流電壓，作為整機系統(tǒng)的輸入端，最后在LCD上顯示出所測交流