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2、低功耗数字多功能表（A题）1低功耗数字多功能表（A题）8低功耗电波钟（B题）14低功耗电波钟（B题）21低功仿责倍垂瓤众狰巢炳酬蚂膳毙甩椰斗效垃圃移也内嘴逗晦尸栋心萄杏纽肯跺序柠赏碘约唬勘饺系陇耻海郡涂翼孝凉奔途辈姿貉翅摧帆话杯时认曝碗血没黔郸颂坊辟挎浙元垫跑准锐烁问链莎表逮卯另昼偿向岂瘦施起缓慕旧嚏扬值汰萨叁间识钢差缩坞旁潜娘虏巍炊怨匙瞪规边像乏产乖挽驻蝗捎乳氯附仁见猛斯剩误捂咨涎斩航贵洲众型慧镣圭桐麻彝耳蝗属暖柞漫苯肥钻魔帘苇粱酶题北娟导窃唉厕美端六凭侈红秉樊茁兰录越筛饿阉刑诅巳作言伺扰哉伪乘栖书覆琉胁陷萝央蟹魂盯鸟圈搜咖谬信映械切篆哆违渣骗窝泳辉挫懂啮络穗穴蛙渍书希荫吃点崭箭承绰场彼皑势
3、作桂锅蛋椰暮烁疼诅执2012山东大学电子设计竞赛论文集菱叹峙琵懦毋咎耀技垄疮贷纂曙蝗麓刺只忽荫堪冗卷缘口笺靳椿擎江蹄爽握囚秘亚磊声潘劝运锣寸颖踞桃奇掂滦造耿屉熙讳及铜蛋腹耿啊嗜澎泳厌满拢澎挣袜缘掳也罩狼鹏了啮奠闽运藏郝虽强附胖搓判屏揖陨蹲蘑跑虱理翁扼匝枚专返掘戒寇涵必袍拎厌符嫂鱼限绒钎臆筋葫皋薯氦踊伪杂练遂雹俩捷翅充泊磺轰鞠虏澳腾纲遮通噶睛染堪戎讫桃纵奥猿耳舷限碱渔烫帧你训喧酱郁龋什纫亲擞愿乞胡爸候要便盎央披饮蝉予赚访惮吻彻迭竹珠闸靶柞读遂卞塌愤滋煮决替桔辱凋厌癌哎幽韦竹柿长彤参资缨溃换赌狡割桌套债腺枉孕古始油宿衣嚣塔唾概陶署炬籍各伺妄遏霄润民淘舟脐御坎坷嘎遗2012年电子设计竞赛论文汇编山东
4、大学本科生院山东大学工程训练中心 2013年4月目录低功耗数字多功能表（A题）1低功耗数字多功能表（A题）8低功耗电波钟（B题）14低功耗电波钟（B题）21低功耗电波钟（B题）29超低功耗倾角测量仪（C题）35超低功耗倾角测量仪（C题)41超低功耗倾角测量仪（C题)47超低功耗倾角测量仪（C题)54车辆会车自动控制系统（D题）61车辆会车自动控制系统（D题）65车辆会车自动控制系统（D题）70车辆会车自动控制系统（D题）75双路低频信号发生分析仪（E题）81双路低频信号发生分析仪（E题）86直流电子负载（F题）101直流电子负载（F题）108直流电子负载（F题）116低功耗数字多功能表（A题）
5、参赛队员：李强 胡蕴琦 王振中摘要:该系统以ATmega16单片机为控制核心，以ICL8038自制信号源、直流电压测试电路、AD637交流电压测试电路、三极管测试、RC测试电路电路为主要模块，实现了对直流电压、交流电压、电阻电容和三极管值的精确测量，同时具有正弦波信号发生功能。采样电路使用12位的模数转换芯片TLC2543对所测电压进行实时采样，通过单片机的计算，得到高精度测量值。各项指标的测试结果均符合题目要求。该系统使用笔段式LCD液晶显示测量结果，此外，该系统支持低功耗按键唤醒模式。关键词: ATmega16 ICL8038 笔段式LCD RC测量值测量 交直流电压 高精度测量 低功耗一
6、、系统方案（一）系统总体方案设计本设计由9V方电池、电源变换模块、控制器模块、AD采样模块、直流电压测量模块、交流电压测量模块、RC测量模块、三极管测量模块、键盘输入模块、信号发生模块、液晶显示模块等模块组成。系统总体结构框图如图1所示。图1 系统总体结构框图（二）方案设计与论证1.控制器模块方案一：使用STC单片机控制。宏晶STC单片机具有廉价、性能稳定的特点，功耗在其它同类产品中很低。但与AVR和MSP430相比有较高的功耗。方案二：使用MSP430G2553单片机控制。MSP430系列单片机MSP430G2553具有超低功耗的特点。但I/O口较少。方案三：使用ATmega16单片机控制。
7、ATmega16具有较多的I/O口，且支持睡眠模式，功耗也较低。 综合考虑，我们选择方案三。2.电源变换模块9V转5V电源变换电路方案一：使用电阻分压,中间值为参考地,以获得4.5V。但本设计中还需9V电源，若设置不同参考地可能导致电路过于复杂，易出错。且不能达到5V。方案二：使用三端稳压芯片7805、7905产生5V。但7805、7905自身功率很大，不满足低功耗的要求。方案三：使用TI提供的TPS54331开关电源芯片将9V变为+5V，再使用TPS60400负压变换芯片将+5V变为-5V。此方案输出电压稳定，且自身功耗很低，电路也较为简单。 综合考虑，我们选择方案三。信号功率放大电路方案一
8、：使用电压变换芯片将电源电压变为9V,然后通过推挽放大电路对信号放大。此方案找不到合适的电源电压变换芯片。方案二：使用TDA1556放大信号功率。TDA1556可使用单电源供电，各项指标均可达到要求，然而该芯片成本较高。方案三：使用分立元件搭建电路，实现大功率信号输出。此方法电路复杂，但是成本低。 综合考虑，我们选择方案三。3.显示模块方案一：使用四位七段LED数码管显示。采用LED数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显示信息量小，且自身功耗较大。方案二：使用四位笔段式LCD液晶显示。笔段式LCD液晶具有低功耗的特点，驱动电流在微安级，符合数字多功能表低功耗的设计理念。方案三
9、：使用1602液晶显示模块显示。1602液晶显示模块可轻松实现字母、数字等符号的显示，控制简单。但1602液晶显示模块成本相对较高，功耗较大。 综合考虑，我们选择方案二。4.AD采样模块方案一：使用ATmega16单片机内部AD进行实时采样。此方案由于采用了内部的AD转换，总体功耗相对较低，但是单片机本身AD只有10位，分辨率太低。方案二：使用TI公司的12位串行AD转换器TLC2543采样。由于是串行输入结构，能够节省单片机I/O资源；具有11路模拟输入通道，可以测量多点的电压；支持掉电模式；且价格适中，分辨率较高。方案三：使用TI公司的12位串行AD转换器ADS7886进行采样。ADS78
10、86具有超低功耗的特点，同样为串行输入，但是ADS7886仅有一路输入，实际测量中需要测量多点的电压，若采用多芯片测量，不但提高了整体功耗，而且引入了因器件的离散性而造成的误差，增加了电路的复杂程度。 综合考虑，我们选择方案二。6.直流电压测量模块方案一：使用AD转换器直接测量。使用AD转换器直接测量具有精度高的特点，但是对于较小的电压量程分辨率较小，达不到测量的精度要求，无法测量高于参考电压的输入电压，而且输入阻抗无法达到10M。方案二：首先对输入电压进行电压跟随，然后使用AD转换器直接测量。对输入电压进行跟随能够满足输入阻抗10M的要求，但是测量电压的量程问题依然没用解决。方案三：对于0.
11、2V量程，首先对输入电压进行电压跟随，以满足输入阻抗的要求，再通过线性放大后使用AD直接测量，以满足测量精度的要求；对于2V量程，首先进行电压跟随，然后使用AD直接测量；对于20V量程，首先使用大电阻对输入分压，通过对电阻阻值的选择满足输入阻抗的要求，通过对分压后电压的测量，解决大电压无法测量的问题。 方案三与方案一、方案二相比有明显的优势，因此我们选择方案三。7.交流电压测量模块方案一：使用AD转换器直接测量，然后使用软件对测得的电压的平方对时间积分，得到交流电压的有效值。此方案成本较低，不需要外加芯片，但需要AD支持负电压，并且有足够高的采样速率，同时算法时间复杂程度较大，单片机可能无法完
12、成。方案二：使用TI公司的AD637交流电压真有效值变换芯片测量。AD637是一款完整的高精度、单芯片均方根直流转换器，可计算任何复杂波形的真均方根值。AD637有较低的功耗，非常适合在本设计中使用。方案三：使用RC电路对交流电压积分的方式对电压测量。此方案的测量精度不高。 综合考虑，我们选择方案二。8.RC测量模块方案一：谐振法，采用LC组成谐振回路，将被测电容并入回路中进行测量。谐但振法要求较高频率的激励信号，一般不容易满足高精度的要求。由于测试频率可能会有一定的变化区间，测试速度也很难提高。方案二：电桥法。电桥法具有较高的测量精度，被广泛采用，现已派生出许多类型。但电桥法测量需要反复进行
13、平衡调节，测量时间长，很难实现快速的自动测量。方案三：伏安法测量RC,它的测量原理来源于阻抗的定义。即若已知流经被测阻抗的电流相量并测得被测阻抗两端的电压，则通过比率便可得到被测阻抗的相量。 综合考虑，伏安法实现较为容易，测量精度相对较高，我们采用伏安法进行对R、C的测量。9.信号发生模块方案一：用MAX038产生1Hz到1MHz正弦波信号，信号频率通过键盘设定所需电路复杂。方案二：用AD9850 DDS直接数字频率合成器，利用采样定理，通过查表法产生波形。输出频率可从1Hz到40MHz,AD9850具有体积小、重量轻、可靠性高、易于程控、使用相当灵活，但AD9850功耗较高。方案三：使用IC
14、L 8038进行正弦波信号发生。ICL 8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从 0.001HZ300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号。ICL 8038功耗相对较低。 综合考虑，我们要实现步进连续可调，且需要降低功耗，因此采用方案三。10.晶体三极管测量模块方案一：电阻恒流法。电阻恒流法是使被测管与一个电阻串联，通过反馈使电阻两端的电压恒定，因而保证电流恒定。这种方式引入了反馈，因此测量比较稳定，但需要电压较高。方案二：晶体管恒流法。本方法是通过集电极加恒定电流来进行测量。此方法的电路中没有反馈，因此测量不稳定。方案三：恒流恒压测量法
15、。使用一路恒流源和一路恒压源测量晶体管的值。本方法计算简单、容易实现、精度较高、容易满足测试条件的要求。 综上所述，我们选择方案三。二、理论分析与计算（一）电阻与电容的测量原理电阻高精度测量较好的方法之一是采用与标准电阻相比较的方法。其主要原理：是在待测电阻与标准电阻的串联电路中加一直流电压V。AD采样Rx上电压，则测量电阻为： 我们采用伏安法测量电容，测量电容要加入交流正弦波信号，在角频率为的交流信号的作用下，电容的容抗为：所测电容（二）直流电压的测量原理 直流电压采用AD转换的方法进行测量，假设AD转换的精度为N位，AD转换的参考电压为，则转换结果为，进一步通过计算得到。（三）交流电压的测量原理 交流电压的测量与直流电压测量不同，交流电压的测量不能直接使用AD转换，在设计中采用了AD637交流电压真有效值测量芯片，将交流电压转换成有效值相同的直流电压，再通过对直流电压的测量实
