电子大赛数字式电参数测试仪.doc

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1、数字式电参数测试仪（F题）摘要本系统以单片机AT89S52为控制核心，由控制模块、LCD1602显示模块、A/D转由分压多谐震荡电路、A/D转换器、多路选择开关、4*4矩阵键盘等模块组成。采用实现了频率的精确测量。通过。。。实现了对电压的精确测量，通过。。。。实现了对电阻电流的精确测量。由于本系统充分利用了。。。。，所以本系统功耗低，稳定性好，精度高，人机界面友好。1、方案论证与比较根据题目的基本要求，设计任务主要是完成对电压、电流、电阻与频率等物理量进行准确的测量，并用数码管实时的显示出来。1.1

2、总体方案设计本设计硬件电路从测量功能分为电压测量部分、电流测量部分、频率测量部分、电阻测量部分、功率测量五部分。从系统的角度可分为：输入信号处理，模数转换、程序处理、结果输出等部分。本文主要从测量功能的实现角度进行总体方案设计的论证。方案1采用3位半MC14433AD芯片，电压测量分2两个量程，电流、电阻、频率、功率测量各1个量程。被测信号经过转换，经OP07运放放大，再经过模拟开关送入AD转化，取得电压参数，然后根据所测电压判断是否转换量程，或者是把数据进行处理后，得出相应的参数值。频率测量通过放

3、大、过零检测和再次放大，再通过单片机接外部中断INTT0计数得出频率参数。 方案2采用CD4051和4*4的矩阵键盘作为通道选择开关，让系统工作在当前需要测量的物理量的档位位置，并且“通知”单片机按对应的程序处理信号。用单片机AT89S52作为控制核心，接受并综合处理测试端传送过来的信号，最后把处理的待测信号送到数码管显示。总体框图如下图所示：1.2系统电路图及工作原理（是不是和上面部分重复了）上图给出了系统组成的总体框图，CD4051是一个单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、

4、C和一个禁止端INH，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。4*4矩阵键盘的三个引脚分别与CD4051的11、10、9脚（分别为A、B、C端口）连接，利用矩阵键盘编码，选择测量物理量电压、电流、电阻、频率、功率的模块。1.2.1频率测量通过按键选择频率测量模块，测量信号通过一个整形电路，将任意一个输入信号整形为方波信号，然后输入单片机系统，用定时、计数的方法测量频率，测量范围10Hz～100KHz的正弦波、方波和三角波。单片机系统将处理后的频率信号送到LCD显示读数。1.2.2电阻测量同样用按键选择电阻

5、测量模块，我们用555定时器时序电路间接测量电阻。测量555电路输出的频率信号，再由单片机处理，把频率对应的转换为电阻阻值送给显示模块显示被测电阻的阻值。1.2.3电压、电流测量选择电压测量模块，由于电压和电流均属于模拟信号，我们将其先经过ADC把模拟的电压、电流信转换变成数字信号，送到单片机系统，单片机系统把处理后的数字信号传到显示模块，完成测量。1.2.4功率测量分别采集被测元器件两端的电压和经过的电流，经过ADC送给单片机计算功率。2、系统的具体设计与实现2.1硬件设计（1）电压测量设计因设计

6、任务要求电压的测试范围为100mV～10V，考虑到量程比较大，具体量程分为2档。采用同相比例放大原理，被测电压直接输入时，由单片机控制进行自动选择档位，im358进行放大，档位是由模拟开关决定的，再把放大后的信号输入AD进行转化，以保证测量的精度。如图一所示。第一量程：100mV~5V。使用该量程时断开模拟开关K，电路处于断路状态，在A点测量的电压Ui与U0相同，，再传给LCD显示读数。第二量程：5V～10V。使用该量程时闭合模拟开关K，在A点测量的电压Ui是R2对地（B点）的分压，此时Ui也由A/

7、D转换器将模拟信号转换为数字信号送到单片机单片机对Ui作相应的处理，计算出U0值。计算公式：U0=（R1+R2）*Ui/R2（1）图一电压测量原理图（2）电流测量设计该功能实现过程与测电压类似，原理图如图二所示。已知电阻R1的阻值，测量电阻R1两端的电压，经A/D转换器送单片机计算出电流值并通过LCD显示出来。计算公式：I=U/R（2）图二、电流测量原理（3）电阻测量设计按键选择电阻测量模块。将信号输入555定时器电路，在555定时器电路的输出端测量输出信号的频率并输入单片机，单片机系统根据输入的信

8、号频率进行处理，把测得的频率转换成电阻的阻值，利用LCD显示器将电阻的数值大小显示。完成电阻的测量。原理图见图三。计算公式：f=1.43/[(R1+2Rx)*c1]→Rx=0.715/（f*C1）-R1/2(2)图三电阻测量模块（4）频率测量设计根据测量变量选择频率测量模块通道。因为被测信号有正弦波、三角波、方波等，所以我们用OP37AH搭建整形放大电路（如图四）将任何一类的信号都转换为方波信号，再输入到单片机系统，利用单片机系统中中断和T0计数功能，实现频率的测量，