数字万用表的设计毕业设计.doc
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1、目 录第一部分 设计任务与调研1第二部分 设计说明3第三部分 设计成果.9第四部分 结束语15第五部分 致谢16第六部分 参考文献.17第一部分 设计任务与调研1、毕业设计的主要任务 数字多用表(DMM)就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能,但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量,数字多用表,作为现代化的多用途电子测量仪器,主要用于物理、电气、电子等测量领域。 自从1977年世界上首台手持式数字万用表问世以来,研究者在万用表的功能和设计上不断创新,新品迭出。数字万用表是电测技术中的一种常用仪表,它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起,以其操作方便、读数
2、准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器,它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等,正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。 数字万用表的简介 万用表是电力电子等部门不可缺少的测量仪表,一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。万用表按显示方式分为指针万用表和数字万用表。是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体
3、的一些参数(如)等。所以需要设计一款具有更高的灵敏度、可以测量温度、频率(在一个较低的范围)、电容、电感,做信号发生器等等一些功能的数字型万用表。1.2.2 数字万用表是电测技术中的一种常用仪表,它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起,以其操作方便、读数准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器,它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等,正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。 数字万用表有用于
4、基本故障诊断的便携式装置,也有放置在工作台的装置,有的分辨率可以达到七、八位。数字多用表(DMM)就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能,但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量,数字多用表,作为现代化的多用途电子测量仪器,主要用于物理、电气、电子等测量领域本设计可以分为直流电压测量电路;交流/直流转换电路;电流/电压转换电路;电阻/电压转换电路;功能控制和数据显示电路这五个的主要电路模块。在设计各个模块时,文献中有很多不同的方法,我仔细研究了资料中述说的方法,并自己加以改进,设计出可行方案,通过在实践中检验,在老师的指导下加以改进以达到设计任务书中的要求。 现代万用表已全部数
5、字化,并被专称为数字万用表(DMM,Digital MultiMeter)。在这种设备中,被测量信号被转换成数字电压并被数字的前置放大器放大,然后由数字显示屏直接显示该值;这样就避免了在读数时视差来的偏差。同样,更好的电路系统和电子学,也提高了测量精度。数字万用表的主要设计方案 首先以A/D转换器(MC14433)为核心,设计一个多档的直流电压测量电路,再在此基础上对电路进行扩展,使其能多量程的测量交流电压、直流电流和电阻的测量电路。然后通过单片机(AT89S51)编程对各个主要模块的进行智能控制和数据处理,实现对直流电压、交流电压、直流电流和电阻测量对象切换;手动和自动量程转换等功能,并将测
6、量数据转换为人们日常习惯的十进制数字形式显示在LED显示器上。 所以我设计了5个模块,分别是交流/直流转换电路;电流/电压转换电路;电阻/电压转换电路;A/D转换电路;直流电压测量电路,这五个部分。 第二部分 设计说明数字万用表软件设计A/D转换电路方案一:CL7106.TCL7106是CMOS大规模集成电路芯片,它将模拟电路与集成在一个有40个功能端的电路内,所以只需外接少量原件就可组成一个31/2位数字电压表。但是ICL7106是以静态方式驱动LCD转换器,无BCD码输出端,因此不能直接获得降量程信号。方案二:采用MC14433。MC14433是一个低功耗31/2位双积分式A/D转换器,与
7、ICL7106相比,MC14433采用动态扫描显示,有多路调制的BCD码输出端和超量程信号输出端,便于与单片机相连构成智能控制系统。 MC14433是美国摩托罗拉(Motorola)公司生产的COMS单片31/2位A/D转换器,也是目前国内外数字式多用表中普遍采用的一种芯片。如图所示,MC1403提供输出可调基准电压Vref(大小为2V),被测信号(0-2V的直流电压)从MC14433的Vin引脚输入A/D转换器MC14433,每次当A/D转换结束时,MC14433的EOC引脚会输出一个高电平脉冲送给单片机,然后单片机会对MC14433的DS1-DS4引脚进行动态扫描,读取MC14433的Q0
8、-Q3引的数据。 A/D转换电路图 直流电压测量电路如图所示,被测电压(0-200V)从DC V端输入,通过单片机控制模拟开 关CD4052选择相应的量程,将被测电压值衰减到0-200mV,然后在经过由精密运算放大器OP07组成的放大电路,将电压值放大10倍后输入到A/D转换器MC14433的Vin端。分压电阻采用误差为0.5%的精密金属膜电阻。该电路输入信号经过100千欧的电阻,从集成运放的反相输入端输入,由电阻、模拟开关和运放组成放大倍数可调的比例电路,并且这个100千欧的电阻还可以起到限流的作用。从而达到设计要求。直流电压测试电路图交流/直流转换电路方案一:半波整流电路。利用二极管的单向
9、导电性,可以很容易的得到直流电压,且能满足设计要求。 方案二:采用真有效值转换芯片,性能参数方面也都能满足设计要求,并且还能测量非正弦波,但一般真有效值转换芯片价格比较贵。 鉴于此,故采用方案一。 如图所示,这个电路是利用低漂移单运算放大器TL062与二极管D1 1N4148组成平均值响应的线性半波整流电路。该电路可避免二极管在小信号整理时所引起的非线性误差,使交流/直流转换电路的输入电压与输出电压成线性关系,适合测量40-400Hz的正弦电压,测量准确度优于1%。交流/直流转换电路图17电流/电压转换电路如图所示,普通模拟开关可以通过的电流很微小,所以通过单片机控制继电器来控制线路导通断开,
10、将被测电流信号(0-500mA)转换为相应的电压信号(0-200mV),然后经过OP07将信号放大10倍,最后输入A/D转换器MC14433的Vin端。1A/250V的熔丝管FU为限流保护电路,两个二极管1N4007构成保护为过压保护电路。阻值为90、9的电阻采用误差为0.5%的精密金属膜电阻,而阻值为0.4、0.6的电阻通过的电流很大必须采用误差为0.5%的精密绕线电阻。 在本电路设计时需要考虑电路的稳定性与抗干扰性。电流/电压转换电路图电阻/电压转换电路方案一:利用运算放大器采用反相比例运算的方法进行测量。该方法实现比较简单,且能满足设计要求。 方案二:采用分压原理,利用流过标准电阻R0和
11、被测电阻Rx的电流基本相等来得到电压与电阻的关系,但当电阻很小时电流过大。 鉴于此,故采用方案一。如图所示。稳压二极管1N4730A的稳压值为3.9V(即B点处电压值),采用运算放大器反相比例运算的方法,将B点处的电压值衰减到2V(即A点处电压值),单片机通过控制模拟开关MAX4618(超低导通电阻)选择适当的标准参照电阻R1 ,再利用运算放大器反相比例运算的方法,将被测电阻RX的阻值转换成与之相对应的电压量,输入A/D转换电路。 电阻/电压转换电路的计算公式:UA/R1=Uin/Rx,推得:Rx=R1* Uin/ UA。电阻/电压转换电路图程序流程图程序的主要功能:1、 直流电压、交流电压、
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