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1、湖北经济学院湖北经济学院 电子工程系课程设计报告电子工程系课程设计报告课题名称：课题名称： 智能数字万用表智能数字万用表 指导教师：指导教师： 王金庭、汪成义、刘光然王金庭、汪成义、刘光然学生班级：学生班级： 学生姓名：学生姓名： 洪菁、杨飞、赵婷婷洪菁、杨飞、赵婷婷 学学 号：号： 学生院系：学生院系： 电子工程系电子工程系 2011 年年 7 月月2目录目录1、设计背景-32、系统设计-31.系设计方框图-32.系统设计方案-3三、硬件电路设计-41.A/转换模块-42.动量程转换模块-53.直流转换模块-54.电阻测量模块-6四、软件设计-7五、系统调试-81.测使用的仪器-82.标测试
2、和测试结果-8六、体会与感受-93摘要：本设计采用单片机芯片 M3S811 设计一个智能数字万用表，能够精确的测量直流电压、交流电压和电阻，具有测量精度高，抗干扰能力强等特点。整个硬件系统有几大模块联合构成：交直流转换模块、电阻测量模块、A/D 转换模块以及自动量程转换模块。软件部分则实现硬件控制和自动睡眠功能。关键字：M3S811、A/D 转换、多量程转换、自动睡眠1、设计背景设计背景随着电子技术的迅速发展，电子产品已经渗透到我们生活的方方面面，人们对电子不再感到陌生，对电路基础以及电子元器件的了解也开始慢慢普及。在一些小家电维修或检测中，通常对电路比较了解人们会使用万用表对未知电阻进行测量
3、。而对于未知的电压电流，则需要辅助电路对其进行辅助测量，即繁琐，精确度又低。而对于那些电路基础相对薄弱的人们，那只能是望洋兴叹了。于是，设计一台数字智能便携式电阻、电压测量仪器成为必要。2、系统设计系统设计1. 系统设计方框图系统设计方框图 被测量输入键盘与显示单片机系统测交流电压电阻测量电路交/直流转换电路自动量程转换电路A/D 转换电路测电阻测直流电压通过拨动开关选择图图 1-系统模块框图系统模块框图2. 系统设计方案系统设计方案系统设计是由硬件电路和软件编程两大模块组成。硬件电路又由多个模块组成。硬件部分，首先以 A/D 转换器(MC14433)和 CD4052 为核心，设计一个4多档的
4、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直流电流和电阻的测量电路。然后通过单片机（Cotex-M3）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、电流和电阻测量对象切换；手动和自动量程转换等功能,并将测量数据转换为人们日常习惯的十进制数字形式显示在 LCD 液晶屏上。所以系统硬件设计大致可以分为多档位直流电压测量电路、交流/直流转换电路、电阻测量、功能控制和数据显示电路这五个主要电路模块。3、硬件电路设计硬件电路设计1.1. A/DA/D 转换模块转换模块选用的 MC14433 是一个低功耗 3 1/2 位双积分式 A/D 转换器，MC1403 提供输出可
5、调基准电压（大小为 2V） ，被测信号（0-2V 的直流电压）从REFVMC14433 的 Vin引脚输入 A/D 转换器 MC14433，当 A/D 转换结束时，MC14433 的EOC 引脚输出一个高电平脉冲给单片机，单片机进入中断处理程序。然后单片机对 MC14433 的 DS1DS4 进行动态扫描，将 Q0Q3 进行转换之后读取 MC14433的 Q0-Q3 引脚的数据由 LCD 显示。原理图如下图图 2-AD2-AD 转换电路图转换电路图其中，三号引脚 Vi 为被测电压的输入端，被测电压与基准电压有以下关系： 因此，满量程的 Vx=VR。当满量程选为 1.999V，VR可取 2.00
6、0V，而当满量程为 199.9mV 时，VR取 200.0mV，在实际的应用电路中，根据需要，VR值可在5200mV2.000V 之间选取。2.2. 自动量程转换模块自动量程转换模块自动量程转换电路的作用是按输入条件信号（过量程、欠量程信号）和时钟信号（EOC、DS1DS4）发生相应的量程信号控制。通过单片机读取 MC14433的数字信号，通过数字信号的大小来控制模拟开关，从而改变反馈电阻的大小来实现档位的不同选择。模拟开关的导通由 Q3 和 Q0 决定，当被测电压过量程时（Q3=0 且 Q0=1），向高量程变化；欠量程时（Q3=1 且 Q0=1），向低量程变化；在量程时，保持原来状态不变。相
7、关参数计算：，如果要实现 4 个档位，可以将设为 1k、10k、100kkRRRfAu100,/Rf和 1M，然后通过控制开关来接通电阻，从而实现换档。原理图如下：图图 3自动量程转换电路自动量程转换电路3.3. 交直流转换模块交直流转换模块运放 A1 和 D1、D2 组成半波整流电路。当0 时，D1 截止、D2 导通，运放 A1 构成反相器，所以=-AUiUAU。对运放 A2 来说，它构成的是反相加法电路，被反相放大 2 倍，与输入iUAU6信号叠加，即=-2-。此时输入信号的正半周被保留，负半周被抵消，OUAUiU再加上剩下的就变成了一个完整的全波整流电路。AU原理图如下：图图 4 4交直
8、流转换电路交直流转换电路4.4. 电阻测量模块电阻测量模块利用运算放大器采用反相比例运算的方法，将电阻转换成与之相关的电压，将电压输入 MC14433 测量电路，并通过单片机计算在液晶屏上显示出来。具体的电路及换算公式如下：Ui /Ri=Uo/Rx,推得：Rx=Ri* Uo/ Ui。原理图如下：图图 5 5电阻测量电路电阻测量电路74、软件设计软件设计以下是通过软件编程实现功能的流程图，源代码见附录。以下是通过软件编程实现功能的流程图，源代码见附录。五、系统调试五、系统调试1 1、测试使用的仪器、测试使用的仪器（1）数字万用表 M890G（2）EE1640C 型函数信号发生器（3）RIGOL
9、DS5062M 型示波器2 2、指标测试和测试结果、指标测试和测试结果（1）直流电压的测试测试方案：通过拨动开关和单片机选择直流档，由直流电源提供电压进行测 量，然后由单片机显示输出。8档位输入电压实测电压误差（%）2V2V0.6372v0.14%（2）电阻的测试测试方案：通过拨动开关和单片机选择电阻档，由电平转换电路提供 2V 的 基准电压，将待测电阻接入测量端，然后选择合适的档位进行测量。档位输入电阻实测电阻误差（%）165.0160.03.12%200 172.0183.56.3%（3）交流电压的测试测试方案：通过拨动开关和单片机选择交流档，由函数信号发生器提供一个正弦交流电压，输入到交
10、流端进行测量。（4）相对误差（%）的测试测试方案：通过拨动开关和单片机选择相应的档位进行测量时，可以通过按键输入标称值，单片机得到标称值之后进行智能的换算得到值并显示出来。结果分析：由于时间限制以及能力有限，该块功能暂时还没有实现。六、体会与感受六、体会与感受经过短短十天左右的培训，我们从对 Cotex-M3 一无所知变成了初步了解，现在拿着我们历经十天奋战而来的小项目，确实感受颇深。从开始的电路成立到最后的系统调试，我们遇到了很多问题和波折，但是经过一番纠结和努力，我们最终将这些问题顺利解决了。我们不仅完成了该项目所必须的基本要求，并且丰富和拓展了力所能及的其它功能：1.直流电压的测量 2.
11、交流电压的测量 3.电阻的测量 4.自动量程转换 5.自动关机功能 6.相对误差的测量。当然，因为时间和能力的限制，该项目还有许多值得修饰和改进的地方。我相信，在接下来的培训时间里，我们所有组员都会更加认真努力的接受新的知识，并在后续的项目中将每一位组员都发挥到最好。9七、附录七、附录 1. 整机电路图整机电路图2. 源代码源代码本系统源程序代码共分为三个部分如下：/* 跳线说明： 1）将 EXP-LM3S811 板卡上 JP9 跳至左侧（短接 1-2） ； 2）将 EXP-LM3S811 板卡上 JP13 用跳线短接至左侧或右侧都可以； 3）将 EXP-min_system_board 板卡
12、上 JP13、JP14、JP15、JP16 跳至右侧 （短接 2-3） 。10操作过程： 1）将 EXP-min_system_board 板卡上 K1 拨动开关拨至 ON 状态，给液晶上 电； 2）调节 RP1 电位器，使液晶有合适的背光； 3）上电，编译并下载程序，复位后全速运行程序；观察液晶显示的内容， 再修改程序使之显示自己的内容。 */#include “systemInit.h“ #include “lcd.h“#define CTL_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOC / 控制液晶所用的片内端口外设定义 #define CTL_PORT GPIO_PORTC_BASE #defineSCK GPIO_PIN_4 / 定义信号 SCK #defineSID GPIO_PIN_5 / 定 义信号 SID #define CS GPIO_PIN_6
