全国大学生电子设计大赛获奖论文

计算出振荡周期，即可得出电容2.6三极管放大倍数β测量电路如图7所示，是三极管放大倍数β测量电路原理图。“Test1”为测试NPN型三极管，通过测量电压Ue,根据公式Ie=UeR1，Ie=Ie-Ib，β=IcIb，，由单片机处理后，计算出β值，由LCD1602输出测量结果。“2.7正弦波信号源电路如图8所示，是正弦波信号源电路原理图。正弦信号由专用芯片AD9850设计制作，可由单片机控制输出频率连续可调的正弦波及方波，后接集成运放芯片，降低输出电阻，提高带负载能力，并控制输出峰峰值调节范围。AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器。系统核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位寄存器组成。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M增加。相位寄存器没过2N/M个外部参考时钟后，返回到初始状态一次，从而是整个DDS系统输出一个正弦波。输出正弦波周期T0=Tc2N/M，频率fout=Mfc/2N。图8正弦波信号源电路原理图图9AD采样模块电路图2.8AD采样模块如图9所示，是AD采样模块电路图。为了进一步减小测量误差，采用16位AD7705转换器，实现了高精度测量。3系统软件设计3.1主程序流程图系统软件采用C语言编程。如图10所示，是主程序流程图。图10主程序流程框图图11系统自动休眠框图3.2系统自动休眠设计如图11所示，是系统自动休眠框图。定时由单片机定时器完成，当1分钟没有按键按下时，则自动进入休眠，此时按任意键则有单片机中断唤醒，进入休眠期前状态。4.测试方案和测试结果分析4.1直流电压测量方法和测试结果1.测量仪器：(1)直流稳压电源：型号为MPS-3003L-3；(2)4位半数字万用表：型号为MS80502.测量方法：用直流稳压电源输入直流电压，用4位半数字万用表测量输出电压。二者比较，求出误差。3.测试结果：测量数据如表1所示。表1直流电压测量数据标准电压Ui（V）0.0500.1000.1500.3001.0001.5003.000实测电压Uo（V）0.0500.1000.1490.2091.0041.5063.00误差δ（%）000.60.30.40.404.2交流电压测量方法和测试结果1.测量仪器：（1）函数信号发生器：型号为F20；（2）数字示波器：型号为DS5152CA。2.测量方法：用函数信号发生器输入交流电压，用数字示波器测量输出电压，观察波形，并读取数值。二者比较，求出误差。3.测试结果：测量数据如表2所示。表2交流电压测试数据标准电压ui（V）0.0500.1000.1500.3001.0001.5003.000标准频率fi（Hz）501503005015030050实测电压uo（V）0.0500.1000.1510.2081.0071.5093.01误差δ（%）000.60.70.70.60.34.3电阻测量方法和测试结果1.测量仪器：RLC数字电桥：型号为YD2817B.2.测量方法：将电阻插到对应测量插孔，读取数值。再用RLC数字电桥的电阻档，测量电阻，并记录数值。二者比较，求出误差。3.测试结果：测量数据如表3所示。表3电阻测量数据标准R10Ω100Ω150Ω0.51kΩ1kΩ1.5kΩ5.1kΩ实测R10.03Ω100.2Ω149.7Ω0.512kΩ1.003kΩ1.505kΩ5.10kΩ误差δ（%）0.30.20.20.40.30.404.4电容测量方法和测试结果1.测量仪器：RLC数字电桥：型号为YD2817B。2.测量方法：将电容插到对应测量插孔，读取数值。再用RLC数字电桥的电容档，测量电容，并记录数值。二者比较，求出误差。3.测试结果：测量数据如表4所示。表4电容测量数据标准C10nF33nF100nF0.1uF10uF47uF实测C10.21nF33.5nF100.2nF0.102uF10.03uF47.5uF误差δ（%）2.11.52.02.03.01.04.5三极管放大倍数β测量方法和测试结果1.测量仪器：数字万用表：型号为VC9808+。2.测量方法：分别将NPN型或PNP型三极管，插入E、B、C对应的插孔，读取β值。再用数字万用表的hFE档，分别将NPN型或PNP型三极管，插入数字万用表E、B、C对应的插孔，读取数值。二者比较，求出误差。3.测试结果：测量数据如表5所示。表5三极管放大倍数β测量数据三极管型号9013（NPN）8050(NPN)9012(PNP)8550(PNP)标准β（倍数）380.2230.1140.1330.1实测β（倍数）383228141333误差δ（%）0.40.90.60.94.6正弦波信号源测量方法和测试结果1.测量仪器：数字示波器：型号为DS5152CA。2.测量方法：用数字示波器测量输出电压，观察波形，并读取数值。3.测试结果：测量数据如表6所示。表6正弦波信号源测试数据输出电压uo100.0mv300.0mv800.0mv1.500v3.000v4.500v5.300v频率fi100kHz50kHz10kHz2kHz500Hz100Hz10Hz实测电压uo99.0mv298mv796mv1.49v2.96v4.48v5.26v实测频率fo100kHz50kHz10kHz2kHz500Hz100Hz10Hz误差δ(%)1.000.670.500.671.330.440.754.7晶体管PN结电压测量方法和测试结果1.测量仪器：数字万用表：型号为VC9808+。2.测量方法：将二极管（或三极管），插入PN结测试插孔，读取PN结电压数值。再用数字万用表的二极管档，测量晶体管的PN结电压，红表笔接晶体管的P，黑表笔接晶体管的N。二极管、三极管都可以测PN结电压。3.测试结果：测量数据如表7所示。表7晶体管的PN结电压测量数据Ube(三极管、二极管型号)Ube(9014)Ube(8050)Ube(9013)Ueb(8550)1N4001LED高亮LED标准PN结电压（v）0.6710.6720.6690.6710.5721.842.32实测PN结电压（v）0.6780.6780.6640.6750.5681.832.32误差δ（%）1.040.890.740.590.700.5405自由发挥部分自由发挥增加了2个测量功能，分别是：测晶体管PN结电压和环境温度。5.1测晶体管PN结电压电路如图12所示，测晶体管PN结电压电路。图12测PN结电压原理图图13测温度原理图5.2温度测量电路图13是测温度原理图。因晶体管的PN结电压随温度变化，温度每升高1°C，PN结的结压降下降2mV。这样测量PN结的结压更精确。如图12所示，是温度温度测量电路原理图。采用DS18B20实现，测量范围-25℃～125℃，将测量结果通过LCD1602显示。用温度计测量环境温度，并读取数值。6结论本设计按照题目要求完成了基本部分和发挥部分的全部功能，并自由发挥增加了晶体管PN结电压测量和温度测量的功能。本多功能表具有较高的测量精度，再加后期研发完善，可推广作为数字万用表使用。参考文献[1]谭博学，苗汇静.集成电路原理及应用(第2版)[M].北京：电子工业出版社，2008.[2]姜志海，赵艳蕾.单片机C语言程序设计[M].北京：电子工业出版社，2008.[3]段尚枢.运算放大器应用基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992.[4]黄智伟.全国电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[5]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.[6]AD736.pdf[7]STC15F2k60S2.pdf[8]李朝青.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社，2005.[9]谢自美，电子线路设计.华中科技大学出版社，2006.附录1：系统电路原理总图附录2：部分程序清单Main.c:#include<STC12C5A#include<math.H>#include<setjmp.h>#include"mytypedef.h"#include"delay.h"#include"LCD1602.h"#include"keyscan.h"//#include"sleep.h"#include"ads1232.h"//#include"dds9850.h"#include"ad7705.h"//常量定义#defineADDR_ADD6#defineMAIN_SLEEP_OPEN 0#defineCAP_SLEEP_OPEN 0#defineVOL_SLEEP_OPEN 0#defineMAIN_SLEEP 500000#defineCAP_SLEEP 200000#defineVOL_SLEEP 200000#defineln2(0.693147)#defineR1A(0)#defineR2A(198.33)#defineERROR1(22E-9)#defineR1B(0.936E6)#defineR2B(0.981E6)#defineERROR2(12E-12)//测量三级管常量定义#defineTRI_SLEEP_OPEN 0//自动休眠开关#defineTRI_SLEEP 200000//自动休眠计数#define Ib_NPN (10E-6)#define Re_NPN (10)#define Ib_PNP (10E-6)#define Rc_PNP (10)sbitLED0=P1^0;sbitsb_power=P3^2;sbitsb_CapFn=P0^4;//字符ASC定义u8codeChooseFnAsc[] ="ChooseFn:";u8codeCapFunctionAsc[] ="CapFn:";u8codeCap100uFAsc[] ="100uF";u8codeCap100nFAsc[] ="100nF";u8codeCapnFAsc[] ="nF";u8codeCappFAsc[] ="pF";u8codeCapuFAsc[] ="uF";u8codeVolFunctionAsc[] ="VolFn:";u8codeVol0_2Asc[] ="0.2V";u8codeVol2Asc[] ="2V";u8codeVol20Asc[] ="20V";u8codeVolmVAsc[] ="mV";u8codeVolVAsc[] ="V";u8codeTriFunctionAsc[] ="TriFn:";u8codeSleepNowAsc[] ="Sleeping";//全局变量定义u16g_uiTimer0;u32 g_u32Sleep=0;bitg_bCountOver;jmp_buf buf;u8 TH1Val=255,TL1Val=245;bitgb_sleepFlag=0;voidSleepNow();voidInitInterrupt(void){ g_uiTimer0=0; g_bCountOver=0;// PCON=0x30; TMOD=0x51; //0定时模式，工作方式1(16位定时),1计数模式，方式1（16位） ET0=1; //定时器0允许 TH0=0; TL0=0; ET1=1; //定时器1允许 TH1=255; TL1=255;// PT1=1; //定时器1高优先级 TR1=1; //开定时器1// EA=1; //开总中断}voidDisCapVal(u8addr,floatval){ if(val<1E-12)// <1pF { val*=1E12; Dis1602float1_3(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CappFAsc); } elseif((val>=1E-12)&&(val<1E-9))// 1pF--1nF { val*=1E12; if((val>=1)&&(val<10)) { Dis1602float1_3(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CappFAsc); } elseif((val>=10)&&(val<100)) { Dis1602float2_2(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CappFAsc); } elseif((val>=100)&&(val<1000)) { Dis1602float3_1(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CappFAsc); } else{} } elseif((val>=1E-9)&&(val<1E-6))// 1nF--1uF { val*=1E9; if((val>=1)&&(val<10)) { Dis1602float1_3(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapnFAsc); } elseif((val>=10)&&(val<100)) { Dis1602float2_2(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapnFAsc); } elseif((val>=100)&&(val<1000)) { Dis1602float3_1(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapnFAsc); } else{} } elseif((val>=1E-6)&&(val<500E-6)) // 1uF--500uF { val*=1E6; if((val>=1)&&(val<10)) { Dis1602float1_3(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapuFAsc); } elseif((val>=10)&&(val<100)) { Dis1602float2_2(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapuFAsc); } elseif((val>=100)&&(val<500)) { Dis1602float3_1(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapuFAsc); } else{} } else { Dis1602float1_3(addr,val);// Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,CapuFAsc); } }voidCapFunction(void){ u8keyVal,range=1; floatfCapValue; floatfT;capBegin: Cle1602DDRAM(); Dis1602Str(LCD00,CapFunctionAsc); Dis1602Str(LCD0b,Cap100nFAsc); InitInterrupt(); sb_CapFn=0; while(1) { //休眠计数，适当修改常量CAP_SLEEP //g_u32只在键盘扫描函数中修改 g_u32Sleep++; if(g_u32Sleep>CAP_SLEEP) { g_u32Sleep=0; if(CAP_SLEEP_OPEN) { SleepNow(); } } //判断休眠标志位，若曾经休眠过，则进行想关初始化 if(gb_sleepFlag==1) { gb_sleepFlag=0; LED0=~LED0; gotocapBegin; } //主要功能进行区 keyVal=AloneKeyScan(); if(keyVal==1) { sb_CapFn=1; longjmp(buf,1); } elseif(keyVal==2) { SleepNow(); if(range==0) { range=1; Dis1602Str(LCD0b,Cap100nFAsc); } elseif(range==1) { range=0; Dis1602Str(LCD0b,Cap100uFAsc); } } if((g_bCountOver==1)&&(range==0)) { fT=(g_uiTimer0*65536+TH0*256+TL0+9)*1E-6; fCapValue= ( fT/(11*ln2*(R1A+2*R2A)) );//计算得出的电容值，单位f fCapValue-=ERROR1; if(fCapValue<0) { fCapValue*=(-1); } Dis1602float3_3(LCD19,fT); DisCapVal(LCD10,fCapValue); if((fT<100)&&(fT>=1)) { DelayXMs(200); } elseif(fT<1) { DelayXMs(300); } g_uiTimer0=0; TH0=0; TL0=0; TH1=255; TL1=255; g_bCountOver=0; TR1=1; } elseif((g_bCountOver==1)&&(range==1)) { fT=(g_uiTimer0*65536+TH0*256+TL0+9)*1E-6; fCapValue= ( fT/(11*ln2*(R1B+2*R2B)) );//计算得出的电容值，单位f fCapValue-=ERROR2; if(fCapValue<0) { fCapValue*=(-1); } DisCapVal(LCD10,fCapValue);// Dis1602float4_3(LCD10,fCapValue*1E12); if((fT<100)&&(fT>=1)) { DelayXMs(200); } elseif(fT<1) { DelayXMs(300); } g_uiTimer0=0; TH0=0; TL0=0; TH1=255; TL1=255; g_bCountOver=0; TR1=1; } }}voidDisVolVal(u8addr,floatval){ Dis1602float2_3(addr,val); Dis1602Str(addr+ADDR_ADD,VolVAsc); }voidVolFunction(void){ u8keyVal,range=0;//0:0.21:22:20 u16u16_ad1;volBegin: Cle1602DDRAM(); Dis1602Str(LCD00,VolFunctionAsc); Dis1602Str(LCD0b,Vol0_2Asc); while(1) { //休眠计数，适当修改常量VOL_SLEEP //g_u32只在键盘扫描函数中修改 g_u32Sleep++; if(g_u32Sleep>VOL_SLEEP) { g_u32Sleep=0; if(VOL_SLEEP_OPEN) { SleepNow(); } } //判断休眠标志位，若曾经休眠过，则进行想关初始化 if(gb_sleepFlag==1) { gb_sleepFlag=0; gotovolBegin; } //主要功能进行区 keyVal=AloneKeyScan(); if(keyVal==1) { longjmp(buf,1); } //切换量程 elseif(keyVal==2) { range++; if(range>2) { range=0; } if(range==0) { Dis1602Str(LCD0b,Vol0_2Asc); } elseif(range==1) { Dis1602Str(LCD0b,Vol2Asc); } elseif(range==2) { Dis1602Str(LCD0b,Vol20Asc); } } u16_ad1=ReADS1232(); DisVolVal(LCD10,u16_ad1/65535.0*2.5); }}voidTriFunction(void){ u8keyVal; bitmode=0; u16u16_ad1; float f_uTest; u16b;triBegin: Cle1602DDRAM(); Dis1602Str(LCD00,TriFunctionAsc); while(1) { //主要功能进行区 keyVal=AloneKeyScan(); if(keyVal==1) { longjmp(buf,1); } elseif(keyVal==2) { mode=~mode; if(mode) { } else { } } if(mode) { u16_ad1=ReADS1232(); Dis1602int5(LCD19,u16_ad1); f_uTest=u16_ad1/65535.0*2.5; DisVolVal(LCD09,f_uTest); b=(f_uTest/Re_NPN-Ib_NPN)/Ib_NPN; Dis1602int3(LCD10,b); } else { u16_ad1=ReADS1232(); Dis1602int5(LCD19,u16_ad1); f_uTest=u16_ad1/65535.0*2.5; DisVolVal(LCD09,f_uTest); b=(f_uTest/Re_NPN-Ib_NPN)/Ib_NPN; Dis1602int3(LCD10,b); } //休眠计数，适当修改常量VOL_SLEEP //g_u32只在键盘扫描函数中修改 g_u32Sleep++; if(g_u32Sleep>TRI_SLEEP) { g_u32Sleep=0; if(TRI_SLEEP_OPEN) { SleepNow(); } } //判断休眠标志位，若曾经休眠过，则进行相关初始化 if(gb_sleepFlag==1) { gb_sleepFlag=0; gototriBegin; } }}voidSleepNow(){ Cle1602DDRAM(); Dis1602Str(LCD00,SleepNowAsc); DelayXMs(500); Cle1602DDRAM(); IT0=0;//启动唤醒功能 EX0=1; EA=1; gb_sleepFlag=1; PCON|=0x02;//休眠 }voidmain(void){ u8keyVal; u16ad; floatads; Init1602(); setjmp(buf);//全局跳转函数进入点 InitInterrupt(); Cle1602DDRAM(); Dis1602Str(LCD00,ChooseFnAsc); while(1) { g_u32Sleep++; if(g_u32Sleep>MAIN_SLEEP&&MAIN_SLEEP_OPEN) { g_u32Sleep=0; SleepNow(); } if(gb_sleepFlag==1) { gb_sleepFlag=0; LED0=~LED0; longjmp(buf,1); } keyVal=AloneKeyScan(); if(keyVal==1) { TriFunction(); } elseif(keyVal==2) { SleepNow(); } elseif(keyVal==22) { zero(); VolFunction(); CapFunction(); ad=ReADS1232(); Dis1602int5(LCD0b,ad); ads=ad/65535.0*2.5; Dis1602float3_3(LCD10,ads); Dis1602float3_3(LCD18,10*ads/(2.5-ads)); DelayXMs(500); } } }voidINT0_Routine(void)interrupt0{// while(sb_power==0);// {// LED0=~LED0;// DelayXMs(1000);InitInterrupt();// longjmp(buf,1); // }}voidtimer0(void)interrupt1{ g_uiTimer0++;}voidcounter1(void)interrupt3{ if(TR0==0) { TR1=0; TH1=TH1Val; TL1=TL1Val; TR0=1; TR1=1; } elseif(TR0==1) { TR0=0; TR1=0; //关定时器0、1 g_bCountOver=1; //计数标志置位 }}LCD1602.c:#include"lcd1602.h"u8codenumAsc[]="0123456789.:";voidBuzy1602(void){ sb_e1602=1; sb_rs1602=0; sb_rw1602=1; LCD1602IO=0xff; while(LCD1602IO&0x80) { _nop_(); }}voidWr1602Com(u8com){ Buzy1602();// DelayXMs(20); sb_rs1602=0; sb_rw1602=0; LCD1602IO=com; sb_e1602=1; _nop_(); sb_e1602=0;}voidWr1602Dat(u8dat){ Buzy1602();// DelayXMs(20); sb_rs1602=1; sb_rw1602=0; LCD1602IO=dat; sb_e1602=1; _nop_(); sb_e1602=0;}voidCle1602DDRAM(void){ Wr1602Com(0x01);//数据指针清零，所有显示清零 }voidInit1602(void){ Wr1602Com(0x38);//设置2行显示，5*7点阵，8位数据口 Wr1602Com(0x0c);//开显示，显示光标，光标不闪烁 Wr1602Com(0x01);//数据指针清零，所有显示清零 Wr1602Com(0x06);//当读或写一个字符后指针加一,光标加一 }voidDis1602Str(u8addr,u8*str){ Wr1602Com(addr); 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