電子大賽數(shù)字式電參數(shù)測(cè)試儀

1、數(shù)字式電參數(shù)測(cè)試儀（F題）摘要本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S52為控制核心，由控制模塊、LCD1602顯示模塊、A/D轉(zhuǎn)由分壓多諧震蕩電路、A/D轉(zhuǎn)換器、多路選擇開關(guān)、4*4矩陣鍵盤等模塊組成。采用實(shí)現(xiàn)了頻率的精確測(cè)量。通過(guò)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓的精確測(cè)量，通過(guò)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電阻電流的精確測(cè)量。由于本系統(tǒng)充分利用了。，所以本系統(tǒng)功耗低，穩(wěn)定性好，精度高，人機(jī)界面友好。1、方案論證與比較根據(jù)題目的基本要求，設(shè)計(jì)任務(wù)主要是完成對(duì)電壓、電流、電阻與頻率等物理量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并用數(shù)碼管實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。1.1 總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)硬件電路從測(cè)量功能分為電壓測(cè)量部分、電流測(cè)量部分、頻率測(cè)量部分、電阻測(cè)量部分、功率測(cè)量五部分

2、。從系統(tǒng)的角度可分為：輸入信號(hào)處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換、程序處理、結(jié)果輸出等部分。本文主要從測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)角度進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)的論證。方案1采用3位半MC14433 AD芯片，電壓測(cè)量分2兩個(gè)量程，電流、電阻、頻率、功率測(cè)量各1個(gè)量程。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，經(jīng)OP07運(yùn)放放大，再經(jīng)過(guò)模擬開關(guān)送入AD轉(zhuǎn)化，取得電壓參數(shù)，然后根據(jù)所測(cè)電壓判斷是否轉(zhuǎn)換量程，或者是把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得出相應(yīng)的參數(shù)值。頻率測(cè)量通過(guò)放大、過(guò)零檢測(cè)和再次放大，再通過(guò)單片機(jī)接外部中斷INTT0計(jì)數(shù)得出頻率參數(shù)。  方案2采用CD4051和4*4的矩陣鍵盤作為通道選擇開關(guān)，讓系統(tǒng)工作在當(dāng)前需要測(cè)量的物理量的檔位位置，并且“通知”單

3、片機(jī)按對(duì)應(yīng)的程序處理信號(hào)。用單片機(jī)AT89S52作為控制核心，接受并綜合處理測(cè)試端傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，最后把處理的待測(cè)信號(hào)送到數(shù)碼管顯示?？傮w框圖如下圖所示：1.2系統(tǒng)電路圖及工作原理（是不是和上面部分重復(fù)了）上圖給出了系統(tǒng)組成的總體框圖，CD4051是一個(gè)單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和一個(gè)禁止端INH，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。4*4矩陣鍵盤的三個(gè)引腳分別與CD4051的11、10、9腳（分別為A、B、C端口）連接，利用矩陣鍵盤編碼，選擇測(cè)量物理量電壓、電流、電阻、頻率、功率的模塊。1.2.1頻率測(cè)量通過(guò)按鍵選擇頻率測(cè)量模塊，測(cè)量信號(hào)通過(guò)一個(gè)整形電路，將任

4、意一個(gè)輸入信號(hào)整形為方波信號(hào)，然后輸入單片機(jī)系統(tǒng)，用定時(shí)、計(jì)數(shù)的方法測(cè)量頻率，測(cè)量范圍10Hz100KHz的正弦波、方波和三角波。單片機(jī)系統(tǒng)將處理后的頻率信號(hào)送到LCD顯示讀數(shù)。1.2.2電阻測(cè)量同樣用按鍵選擇電阻測(cè)量模塊，我們用555定時(shí)器時(shí)序電路間接測(cè)量電阻。測(cè)量555電路輸出的頻率信號(hào)，再由單片機(jī)處理，把頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換為電阻阻值送給顯示模塊顯示被測(cè)電阻的阻值。1.2.3電壓、電流測(cè)量選擇電壓測(cè)量模塊，由于電壓和電流均屬于模擬信號(hào)，我們將其先經(jīng)過(guò)ADC把模擬的電壓、電流信轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，送到單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)把處理后的數(shù)字信號(hào)傳到顯示模塊，完成測(cè)量。1.2.4 功率測(cè)量分別采集被測(cè)元

5、器件兩端的電壓和經(jīng)過(guò)的電流，經(jīng)過(guò)ADC送給單片機(jī)計(jì)算功率。2、系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.1 硬件設(shè)計(jì)（1）電壓測(cè)量設(shè)計(jì)因設(shè)計(jì)任務(wù)要求電壓的測(cè)試范圍為100mV10V，考慮到量程比較大，具體量程分為2檔。采用同相比例放大原理，被測(cè)電壓直接輸入時(shí)，由單片機(jī)控制進(jìn)行自動(dòng)選擇檔位，im358進(jìn)行放大，檔位是由模擬開關(guān)決定的，再把放大后的信號(hào)輸入AD進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以保證測(cè)量的精度。如圖一所示。第一量程：100mV5V。使用該量程時(shí)斷開模擬開關(guān)K，電路處于斷路狀態(tài)，在A點(diǎn)測(cè)量的電壓Ui與U0相同，再傳給LCD顯示讀數(shù)。第二量程：5V10V。使用該量程時(shí)閉合模擬開關(guān)K，在A點(diǎn)測(cè)量的電壓Ui是R2對(duì)地（B點(diǎn)）的分壓

6、，此時(shí)Ui也由A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)單片機(jī)對(duì)Ui作相應(yīng)的處理，計(jì)算出U0值。計(jì)算公式：U0=（R1+R2）*Ui/R2 （1）圖一 電壓測(cè)量原理圖（2）電流測(cè)量設(shè)計(jì)該功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程與測(cè)電壓類似，原理圖如圖二所示。已知電阻R1的阻值，測(cè)量電阻R1兩端的電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送單片機(jī)計(jì)算出電流值并通過(guò)LCD顯示出來(lái)。計(jì)算公式：I=U/R （2）圖二、電流測(cè)量原理（3）電阻測(cè)量設(shè)計(jì)按鍵選擇電阻測(cè)量模塊。將信號(hào)輸入555定時(shí)器電路，在555定時(shí)器電路的輸出端測(cè)量輸出信號(hào)的頻率并輸入單片機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)輸入的信號(hào)頻率進(jìn)行處理，把測(cè)得的頻率轉(zhuǎn)換成電阻的阻值，利用LCD顯示器將電阻的數(shù)

7、值大小顯示。完成電阻的測(cè)量。原理圖見圖三。計(jì)算公式：f=1.43/(R1+2Rx)*c1Rx=0.715/（f*C1）-R1/2 (2)圖三 電阻測(cè)量模塊（4）頻率測(cè)量設(shè)計(jì)根據(jù)測(cè)量變量選擇頻率測(cè)量模塊通道。因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)有正弦波、三角波、方波等，所以我們用OP37AH搭建整形放大電路（如圖四）將任何一類的信號(hào)都轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，再輸入到單片機(jī)系統(tǒng)，利用單片機(jī)系統(tǒng)中中斷和T0計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量，最后用LCD顯示器將頻率的數(shù)值大小顯示出來(lái)。OP37AH還可以將信號(hào)放大，以便對(duì)微小信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。圖四 整形放大電路圖（5）功率測(cè)量設(shè)計(jì)2.2 軟件設(shè)計(jì)程序主要實(shí)現(xiàn)中斷，計(jì)數(shù)，處理計(jì)數(shù)值，更新LCD顯示值2.2.1 流程圖設(shè)計(jì)如下：2.2.2 程序見附錄。3、系統(tǒng)調(diào)試3.1 測(cè)試儀器信號(hào)發(fā)生器、示波器、3.2 測(cè)試方案與結(jié)果3.2.13.2.2測(cè)試結(jié)果表一 電阻測(cè)量