全国大学生电子竞赛优秀获奖论文(山东赛区)

1、低功耗数字多功能表的设计制作摘要：木设计能够测量电阻、屯容、晶体三极管值、直流电压、交流电压，测量 精度基木满足题h要求。系统由9v电池方供电，实现“自动关机”功能，实现 了低功耗要求。以tps54331、lm1117> max766调节供电电压；tl431与op07 纽合的恒流源测量电阻；ne555定时器组成的多谐振荡器测量电容；ad637真有 效值转换芯片将交流电压信号转换成直流电压测量；ad9850 dds模块实现正弦 波的输ill； tlv2372组成的恒流源测量晶体三极管0值；自锁开关运用数模转换 原理与ad配合实现硬件电路与软件程序的同步转换。关键词：数字多功能表，msp43

2、0g2553,低功耗abstract: this design can be used to measure the resistor, capacitor, crystal triode beta value, de voltage and ac voltage, measurement precision meet the topic request. system consists of 9 v battery power supply, realize the automatic shutdown function, realized the low power requirement

3、s- the tl431 and op07 combination of the constant current source measuring resistance; using ne555 timer composed of many association oscillator measuring capacitance; using ad637 true effective value conversion chip will ac voltage signal into de voltage measurement; the ad9850 dds module implement

4、s sine wave output; with a constant current source combined by lm358 measuring crystal triode beta value the latching switch use d/a conversion principle and ad fit to realize the hardware circuit and software program synchronous switching.key words : digital multimeter, msp430g2553, low power、方案论证与

5、比较1. 电源模块电源采用9v方电池供电。正电源屯压调节采用tps54331,其屮产生的7v 电源给运算放大器等外i韦i电路供电，5v电源经lm1117降至3.3v后给单片机供 电；负电源电压采用max766调节至7v。器件满足低功耗要求。2. 按键模块采用白锁开关。自锁开关可分布在测量电路屮，控制方便，配合ad加以简 单的电路，可以令单片机自动分辨，实现了駛件电路与软件程序转换的协调统一。 机械开关无功耗，而且木设计中的自锁开关可以不占用i0 口，因此采用此方法。3. 显示模块采用12864液品显示。可以支持串行输入，占口较少（2个）。部分12864 也支持低电压（+3.3v）供电，功耗低，

6、可以提供较好的人机交互界面。4. 直流电压测量模块直流电压在一定范围内可以直接用ad测出。小信号放人、人信号缩小至ad 可精确测量的范i韦i即可。信号调幅电路采用常用的运算放人器电路。调幅后加电 压跟随器，使信号可以被稳定地测量。5. 交流电压测量模块交流整形电路法。采用ad637集成真有效值转换芯片，把交流电压信号转换 为直流电压信号，再对直流电压进行测量。这种方案可以与直流信号共用一个调 幅电路，简化了电路结构，ad637响应速度快，失真度小，工作稳定可靠。6. 电阻测量模块方案一：恒流源测量法。以tl431与运算放人器组合成的恒流源电路结构简 单，在本设计要求最大档为20k的情况下有较高

7、的测量精度，可以满足设计要求。方案二：内部比较器实现电阻测量。该方法结构简单，是本设计最初选择的 方案。但是在实际的调试过程屮我们发现，定时器的捕获值受程序门身结构的影 响较大，影响了该方法的稳定性。综合考虑我们选择了方案一。7. 电容测量模块采用555定时器构建的多谐振荡器测电容，根据测量出的周期根据公式即可 计算出电容的大小。此方案原理简单，易于实现，且测量精度满足要求。8. 晶体三极管0测量模块在三极管基极用恒流源输入恒定电流，在集电极处放置合适大小的电阻，根 据其两端的电压可测出电流值，进而计算;im值。米用ad9850 dds模块。该模块集成度很高，无需外曲i电路，只需儿个接口 就可

8、做到输出频率的程序控制，操作简便，且精度较高。调节滑阻也能实现幅值 调节，因此我们采用此法。二、电路与程序设计1电路设计(1)系统框图自如 开关-人工)空制2msp430g2553 也”蛙t图1系统框图采用msp430g2553做中央处理器，自锁开关的变化实时通过ad传输到单片 机中，以调用与选中的硬件测量电路对应的软件测量程序。单片机还可以对采集 的数据进行后期处理以减小测量误差，同时可以控制lcd 12864的显示。低功耗 模式下，单片机通过控制dc-dc芯片使能端可切断测量模块、显示模块的供电。(2) 直流供电系统tps54331电路原理图如下：图2 tps54331电路原理图实际电路中

9、，调节r5、r6即可调整输出屯压。调节r5至10k,r6= (r5*%) /(vout-vref). (vref=0. 8v),经计算分别调节 r6 至 2k 与 1. 3k, 口j得 +5v 与+7v恒压源。(为使输出电压更精确，可采用5k滑阻调节)max766电路原理图如下：out/2< r2ec3mfshon max764 v.max765max766图3 max766电路原理图4 口 vref=l. 5v,令 r2=150k, r1 二700k,可调节 v。讯至-7v。（3）交流电压测量电路设计交流电压测量真有效值的转换电路是测量交流电压的关键部分，在本次设计中我们通过选择采用a

10、d637来实现交流信号到直流量的转变，电路如下图所示。图4 ad637转换电路图（4）其他测量电路电容、电阻、三极管、直流电压的测量电路曲于结构、原理简单，不再赘述。 正弦波采用dds模块，因此无需外i韦i电路。（5）自锁开关ad检测电路自锁开关具有两路相互独立的引脚，每路3个。我们利用其屮一路控制测量电路的开关、换挡，利用另一路按照下图的原理构建。如图，由于r2、r3、r4 等电阻阻值不同，当有不同的按键按下时，电阻两端的分压会不同，下端作为电 压值的输出用ad采集即可实现硬件测量电路与软件测量程序的同步转换。图5自锁开关电路2.软件设计主程序流程图如图所示：图6程序流程图自动关机程序与低功

11、耗的实现：1分钟内若无任何键按下，则系统进入低功耗状态。1分钟定时是通过定 时器中断计数实现的，计数器变量是全局变量。当用户按下任一 口锁开关后，在 主程序屮对该计数器清零使系统维持在正常模式。结合本设计思路，在低功耗模 式下仍然需要给测量口锁开关模块电压的ad供电，并未做到完全的“关机”，可 看作“休眠”状态。本设计另设“hold”键，与常用的万用表“hold”键功能相 同，且按下可暂时关闭测量模块供电系统。“hold”键还可以调节正弦波频率。三、系统测试1. 测试工具手持电桥，3 1/2位便携式数字万用表，安捷伦示波器，函数发生器。2. 测试结果及分析表1直流电压测量数据标准直流电压输入本

12、仪器实际测量测量误差(%)103.4mv102.9mv0.4840.536v0.534v0.3731.574v1.568v0.3814.86v4.85v0.16418.47v18.41v0.487表2交流电压测量数据频率(hz)标准交流电压输入本仪器实际测量测量误差(%)50.0hz50.5mvso.lmv0.79250.0hz0.508v0.503v0.98450.0hz15.02v15.00v0.133350hz150.2mv150mv0.133350hz5.03v5.00v0.596350hz15.06v15.02v0.266表3电阻测量数据标准电阻值(q)本仪器实际测量值(q)测量误差

13、(%)9.929.940.202149.9148.60.8671.57k1.56k0.63717.52k17.41k0.628表4电容测量数据标准电容值本仪器实际测量值测量误差(%)200nf192nf410uf97uf347uf46.5uf1.064表5晶体三极管3值测量数据三极管型号标准0值本仪器实际测量值测量误差(%)pnp85502862840.669npn90181381342.889npn90131801852.788pnp90122072022.415误差分析：所有的结果均依靠ad的测量，因此ad的精度是误差来源之一。 另外环境温度的改变也会对ad造成一定的影响。电压跟随器以及其他的运放均 受限于电路屮标准电阻的精度，会产生误差。从电阻测量的数据中我们看出，当测量阻值接近档位量程时误差较大，说明本设计采用的恒流源电路会受到在负载 端的电压值的影响。晶体三极管0值谋羞较大，可能跟三极管的性能、恒流源的 准确性有关。小电容较难测准，可能与线与线之间