低功耗数字多功能表的设计论文

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1、低功耗数字多功能表的设计编号：005A004摘要本系统以TI公司的16位低功耗单片机MSP430F2616为主控制器，由功能转换及变换电路模块，电源变换模块，键盘输入模块，结果显示模块与信号产生模块组成。系统能够精确测量20V以下的交直流电压、0-20kΩ的电阻，100nF以下的电容以及常规的晶体三极管的β参数。测量精度最高可达1%，并能输出频率10Hz~100kHz、幅值100mV~5V范围可调的正弦信号，非线性失真较小。系统功耗较低，可用一块9V电池供电，稳定工作。关键词：数字多功能表低功耗MSP430

2、A/D转换器目录一、系统方案11.1系统总体方案及结构框图11.2方案论证与比较1二、理论分析与计算22.1交直流电压衰减22.2电阻量程选择32.3晶体三极管β测量3三、电路与程序设计33.1总体设计思路33.3程序设计（程序流程图）3四、测试方法与测试结果44.1测试方法和仪器44.2测试数据与结果分析4五、总结6附录：7一、系统方案1.1系统总体方案根据题目要求，本系统主要由单片机控制模块，功能转换及变换电路模块，电源变换模块，键盘输入模块，结果显示模块与信号产生模块组成。1.2方案论证与比较1.2.

3、1单片机控制模块方案一：采用8位STC89C51单片机，该控制器稳定性高，价格低廉，但是运行速率慢，功耗比较大，与本设计的低功耗相违背。方案二：采用LM3S8962单片机作控制核心，该单片机速度快，功能强大，但功耗比较大，与本设计的低功耗相违背。方案三：采用MSP30单片机，该控制器稳定性高，功能齐全，含有我们需要的所有的功能，且其具有超低功耗的优点。综合考虑高效节能，我们选择方案三，采用MSP430系列的MSP430F2616单片机作控制核心。1.2.2电源变换模块方案一：9V方电池转换电路，经过1117

4、ADJ降压处理，可以提供不同电压值给各个模块供电，完全能够满足对各个模块供电的需要和题目要求。方案二：9V方电池转换电路，经过LM2575IN降压处理，可以得到+5V电压，再经过反压芯片TPS60400DBVT得到-5V。另外经过降压得到3.3V给单片机供电，能满足设计要求。由于1117ADJ的功耗比较高，且LM2575的转换效率较高，综合考虑，我们选择方案二，采用LM2575降压芯片实现电源变换。1.2.3交流电压测量模块方案一：搭建峰值检波回路，利用二极管的单向导电性和电容存储电能的性质进行峰值采集，进

5、而得到电压的有效值。方案二：利用真有效值转换芯片，性能参数方面也都能满足设计要求，且能测量非正弦波。采用单芯片均方根直流转换器AD637，片内缓冲放大器既可以用作输入缓冲，也可以用于有源滤波器配置。该滤波器可以用来降低交流纹波量，从而提高精度。经过实际的测量，峰值检波电路不好实现，效果不理想，采用AD637效果理想，实现较为方便。故采用方案二。1.2.4电阻测量模块方案一：利用测频法测量电阻值，在一个震荡电路里，C、R、T之间的关系确定，利用标准电容，测量周期，进而计算出电阻R。方案二：比例法测电阻，采用分

6、压原理。用TL431产生一个基准电压，利用标准电阻和被测电阻Rx进行分压，经过AD采集，单片机的数据处理，得到电阻值。由于方案一要计算周期比较复杂，且误差较大，不易实现，方案二简单易行，且比较准确，故采用方案二。1.2.5电容测量模块方案一：测量电容量的传统数字式方法,先将电容值转换为电信号（如电压）,再用A/D转换器将其转换为数字信号，因此电路复杂，费用较高。方案二：用测频法测量电容，将电容置入振荡电路，电容量可以被转换为频率，然后用单片机的定时/计数器实施高精度测频。电路简单，成本低，准确度较高。方案三

7、：用充电法测电容。用固定的电压给电容充电，根据电容在电路的充放电时间，计算电容的大小。充放电时间需要准确测量，进行计算得到电容大小。结合本设计和小组内的软硬件水平，采用测频法测电容。1.2.6晶体三极管β参数测试模块将变化的β值转化为与之成正比变化的电压或电流量，再取样进行比较、分档。可由以三极管电流Ic=βIb的关系，当Ib为固定值时，Ic反映了β的变化。通过采集Ic流经的一个电阻的电压进行转换。得到晶体三极管β值。1.2.7正弦波信号产生电路采用单片集成芯片ICL8038产生正弦波，进行外部电路和单片机

8、控制，进行频率达到10Hz~100kHz可调。1.2.8结果显示模块方案一：采用1602，但是显示信息有限，功能切换不够详细具体。方案二：采用12864液晶显示，易操作，显示方便。因此，选择方案二。二、理论分析与计算2.1交直流电压衰减利用MSP430F2616自带的12位A/D采集电压，使用内部基准时，ADC的量程是0V到2.5V，需要将电压信号衰减到此范围内。所以20V的档位要进行一次衰减，本设计采用1：10