数字式电参数测试仪论

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1、数字式电参数测试仪（H）高职高专武汉工程大学优点与信息工程学院邮科院校区张杰杜俊陈程摘要本系统的控制为MSP-EXP430G2单片机，8位AD转换芯片TLC549CP是模数转换的桥梁。本系统分为四个测量模式，分别可测量电压，电流，电阻，和频率。电压测量范围：100mV～10V，将其分为两个档，分别为100mV~5V，5V~10V，相对误差≤0.1%；电流测量范围：100µA～10mA，将其分为两档，分别为100uA~5mA，5mA~10mA，相对误差≤0.2%；电阻测量范围：100Ω～1MΩ，将其分为四档，分别为100Ω~1kΩ，1kΩ~10kΩ，10kΩ~100kΩ，100kΩ~1MΩ，相对

2、误差≤0.2%；频率测量范围：10Hz～100kHz，相对误差≤0.01%，最小输入信号为50mV的正弦交流信号；系统工作电源可采用自制电源,具有量程自动切换功能，整个系统测量模式采用按键选择，有LCD显示相应的参数，测量及显示刷新周期≤2秒。本系统由以上模块构成一台能对电阻、电压、电流和频率的测量构成一部数字式电参数测试仪。关键字：MSP-EXP430G2TLC549CPLCD显示电参数测试仪一、系统总体设计方案1.1设计思路测量直流电流和电阻不好直接用A/D将其值测得，就将它们转化为电压，再来用A/D芯片来测得相应的电压，再由单片机计算出它们的值，通过LCD显示出来，当然电压时可以直接由A

3、/D芯片测得的，测量频率，是将一定频率的正弦信号，通过电压比较器，以及整形电路得到同频率的方波，送入单片机，再通过等时间间距测脉冲数法算出原正弦信号的频率，并将其值显示在LCD上。由于本系统要测四种电参数，于是便用到了两块单刀八置模拟开关CD4051，对按键进行编码，由按键来控制选路，具体编码设定是，按下第一个按键，得到000的三位二进制编码，此时编号为0的一路导通，本次设定的是测电压的电路导通，当按下第二个按键，得到001的三位二进制编码，此时编号为1的一路导通，本次设定的是测电流的电路导通，当按下第三个按键，得到010的三位二进制编码，此时编号为2的一路导通，本次设定的是测电阻的电路导通，

4、当按下第四个按键，得到011的三位二进制编码，此时编号为3的一路导通，本次设定的是测频率的电路导通，这样便实现了四种测量模式的选路测量直流电压直流电流电阻频率直流电压转换转换A/D转换单片机MSP430电压比较器整形系统原理框图1.2方案选择与论证1)电流测量方案选择与论证:使电流流过一定值电阻，得到一个电压，通过A/D芯片测得此电压，将此电压送入单片机，由单片机对这个电压进行处理，并由预先设定好的公式算出相应的电流，并送到显示屏将其显示出来。此方案原理及外围电路简单，便于实现，且较为精确。2)电压测量方案选择与论证:采用直接测量法，用A/D芯片采集输入的电压，将此电压送入单片机，由单片机对这

5、个电压进行处理，并送到显示屏将其显示出来。此方案原理及外围电路简单，便于实现，且较为精确。3)电阻测量方案选择与论证:方案一：谐振法，采用LC组成谐振回路，将被测电感串入电路或将电容并入回路中进行测量。但谐振法要求较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度的要求。由于测试频率不固定，测试速度也很难提高，误差就很难达到要求。方案二：伏安法测量R,它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流，通过A/D将被测阻抗两端的电压的模拟量转化为数字信号送入单片机，可得被测电阻两端的电压，则通过欧姆定律可得到被测电阻阻值。此方法原理简单，外部硬件较少，便于操作。方案三：交流电桥测量法，交流电桥的构

6、造及原理均与直流惠斯通电桥相同，电源使用交流电，四臂的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4，可以用电阻、电感、电容或其他组合，电桥平衡的条件是此条件显示交流电桥不同于直流电桥：首先条件有两个，因此，需要调节两个参数才能使电桥平衡；其次，阻抗的多样性可以组合成各具特色的电桥，但非所有电桥都能同时满足达到平衡的条件。综合比较以上三种方案，我们选择方案二1)频率测量方案选择与论证:方案一：测周期法。测周期法是将整形后的信号送入单片机的外部中断口（INT0、INT1），检测到第一个下降沿开定时器，检测到第二个下降沿则关定时器，定时器中的时间值就是信号的周期值，由频率计算式可得被测信号频率f=1/T。但这种方法在

7、检测高频信号时有比较大的误差，难以达到精度要求。方案二：等时间间距测脉冲数法。测脉冲数法是利用定时器和计数器，在定时一定时间(T)内记录脉冲个数(N)，从而计算出被测信号频率f=N/T。这种方法在高频信号检测中是非常适宜的，软件设计简单，原理及外围电路简单，较容易实现，且精度较高。方案三：准周期数、定时时间可调测量法。在定时的时间中保证使检测到脉冲数一定是整数个，弥补了前面方案二、三中的缺陷。方案