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1、. . . . 1、摘要 随着科技的日新月异，电子产品发展也非常之快，在电子电路测试、家用电气设备的维修、电子仪器检修、电子元器件测量中，万用表是最普与、最常用的的测量仪表。由于它操作简单、功能齐全、便于携带、一表多用等特点，深受电工、电子专业工作者与广大无线电爱好者的喜爱。事实证明，万用表不仅能检测电工、电子元器件的性能优劣，查找电子、电气线路的故障，估测某些电气参数，有时还能代替专业测试仪器，获得比较准确的结果，基本上可以满足电工、电子专业人员和业余无线电爱好者的需要。因此，推广万用表的应用技术，实现一表多用，既符合节约精神，又可以在一定程度上克服专用仪器的困难。多功能数字万用表是在电子方
2、面的学习、开发以与生产方面应用相当广发的一种仪器工具，整机电路设计以大规模的集成模拟和数字电路组合，采用STM32F103RBT6为核心，高精度的运算放大器，低功耗高效率的开端电源转换器，全电子调校技术赋予仪表高可靠性，高精度。仪表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、电感、电容，RS232C接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯。仪表采用独特的外观设计，采用OLED3.1液晶显示器，仪表采用220V交流供电使之成为性能更优越的高精度电工仪表。目录1摘要22项目概述与功能需求53项目论证63.1 总体方案论证63.1.1 设计目标63.1.2 总体设计方案43.2 小模块方案设计9
3、3.3 项目设计124项目设计124.1 系统硬件设计124.1.1 测直流电流模块124.1.2 测直流电压模块144.3.3 侧交流电压模块164.1.4测电阻模块174.1.5 测电容模块184.1.6 测电感模块204.1.7 液晶显示模块224.1.8 电源设计模块254.2 接口设计244.2.1 外部接口244.2.2 部接口244.3运行设计264.4系统软件设计264.4.1 主程序设计流程图264.4.2 详细设计与编码284.4.3 引脚说明294.4.4软件系统与其他系统的关系304.4.5各函数模块分析305产品调试与包装475.1 调试475.2 系统数据测试495
4、.3 测试结果分析526项目小结527致538 参考文献549 附录55附录1 原理图55附录2 PCB图56 附录3 器件清单57附录4 整机实物图60附录5 小组成员信息63 附录6 过程监控文档64附录6.1 会议记录64 附录6.2 工作日志81附录6.3 队员总结心得103 附录6.4 小组管理110 多功能数字万用表的设计与制作2 项目概述与功能需求1、项目设计具体容：（1）测量分辨率高；（2）测量围宽；（3）输入阻抗高；（4）集成度高，微功耗；（5）保护功能完善，抗干扰能力强；（6）具备全程保护功能；2、性能指标测量项目量程分辨率准确度输入电阻过载保护DCVACVDCARC表1
5、性能指标表3 项目论证3.1 总体方案论证3.1.1 设计目标题目要求制作多功能数字万用表，我们团队计划在性能高、精度高、功耗低、设计简洁明了以与环保的基础上，实现测量交直流电压、交直流电流、电阻、电感、电容，RS232C接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯等功能。3.1.2 总体设计方案方案一：采用AT89C51单片机结合12864液晶作为本系统的主控MCU与LCD液晶显示部分，其优点是AT89C51软件调试容易，代码资源丰富，12864液晶显示字符多，能够显示必要的数据与字符。缺点是AT89C51部没有集成ADC外设，需要外扩ADC芯片，并且12864液晶功耗和体积都较大。方案
6、二：采用STM32F103RCT6为主控，结合1602液晶作为本系统的主控MCU与LCD液晶显示部分，其优点是STM32F103RCT6部外设丰富，集成了12位的ADC，OLED液晶体积小。缺点是软件开发较AT89C51要难，1602液晶显示的字符数有限。结合毕业设计的一些功能需求和学习的目的，我采用方案二作为毕业设计的系统总体方案，原因是 STM32F103RCT6资源丰富，能够很好的满足系统所需要的硬件资源，我希望通过努力学习掌握该MCU的使用方法以达到学习的目的，同时考虑到这次毕业设计的功耗、整机的体积不大和显示的字符不多，OLED3.1液晶正好能够满足系统需求，所以我认为采用方案二是比
7、较合理的。STM32F103RCT6参数介绍：Controller Family/Series:STM32F存储器容量,RAM:20KB计时器数:4封装形式:LQFP工作温度围:-40C to +105C针脚数:64SVHC(高度关注物质):No SVHC (18-Jun-2010)工作温度最低:-40C工作温度最高:105C串行通讯:2xSPI, 2xI2C, 3xUSART, USB, CAN位数:32器件标号:(ARM Cortex) STM32存储器类型:FLASH定时器位数:16封装类型:剥式接口类型:CAN, I2C,SPI, UART, USB时钟频率:72MHz模数转换器输入数
8、:16电源电压 最大:3.6V电源电压 最小:2V芯片标号:32F103RB表面安装器件:表面安装输入/输出线数:49闪存容量:128KB总流程图如图：待测信号表 笔选择选择档位选 择 功 能STM32液晶显示图1 总原理图 3.2小模块方案设计： 1.测直流电压部分： 方案一，采用芯片NE5532，一种双运放高性能低噪声运算放大器，通过放大信号输出所需信号。方案二，采用芯片TLV2472，也是一种运算放大器，通过放大信号输出所需信号。 方案比较：芯片NE5532需要双电源供电，总设计中受9V电池供电限制，9V变为正负5V，功耗会很大，芯片TLV2472是一种高性能低噪声运算放大器，所以采用方
9、案二。原理流程如图：图2 测直流电压流程方框图 2.测直流电流部分： 测直流电流的原理跟测直流电压原理相似，都是通过运放，放大所需型号，再输出信号，所采用的芯片一样方案也是跟测直流电压的一样，所以也是采用芯片TLV2472为核心。原理流程如图：图3 测直流电流流程方框图 3.测交流电压部分： 方案选择，所采用的芯片跟测直流电压和电流的一样，根据模块的统一所以也采用芯片TLV2472，输入信号经过分压整流再通过芯片，经单片机出去。原理流程如图：图4 测交流电压流程方框图 4. 测电阻、电容部分： 方案选择，是通过RC震荡电路测量电容，通过频率计算出电阻，通过示波器观察频率计算出电阻，所以采用55
10、5定时器，方便性能高，原理流程如图： 图5 测电阻、电容流程方框图 5.电源部分： 电源要求采用9V电池供电，所以只能通过开关电路或是稳压电路将9V转为相应需要的工作电压5V和3.3V。 方案一，采用LM2736芯片将9V电压稳压到5V，再将5V电压稳压到3.3V。 方案二，采用LM2576芯片通过开关电路将将9V电压转到5V，再通过 LM2576芯片通过开关电路将将9V电压转到3.3V。 方案比较，方案一功耗大，转化效率比方案二低，噪声也较方案二的要大，由于方案二LM2576有几种型号，其电路已经集合在其部，只要简单的外围滤噪声已经稳压的保护电路，并且不同型号的外围电路可以一样，LM2736
11、T-5.0可以直接将9V转化为5V，LM2736T-3.3可以直接将9V转化为3.3V，所以采用方案二来设计制作电源部分。 3.3 系统组成本系统以MSP430G2553作为核心，分电源，测电阻，测电容，测直流电压，测交流电压，测直流电流，测二极管等几个小模块，主要工作是通过单片机的控制将各模块的输入信号按照预定的算法进行运算后从而在我们采用的LCD12864液晶上显示，显示容为正在进行的测量模块提示字符以与测量的实时结果。功能方框图如图所示：图6 系统方框图 功能量程选择待测输入电容测量电阻测量直流电压交流电压直流电流电感测量单片机系统独立按键电源管理 LED现实电路4 项目设计4.1 系统
12、模块设计4.1.1 测直流电流模块1、 原理分析 2、原理图如图所示：图7 测直流电流原理图3、PCB如图所示：图8 测直流电流PCB图4.1.2 测直流电压模块1、原理分析：2、原理图如图所示：图9 测直流电压原理图3、PCB如图所示：图10 测直流电压PCB图4.1.3 测交流电压模块 1、原理分析： 2、原理图如图所示：图11 测交流电压原理图3、PCB如图所示： 图12 测交流电压PCB图4.1.4 测电阻模块1、 原理分析： 2、原理图如图所示：图13 测电阻原理图3、PCB如图所示：图14 测电阻PCB图。4.1.5 测电容模块图15 测电容原理图3、PCB如图所示： 图16 测电容PCB图4.1.7 液晶显示模块1、 原理分析：2、原理图如图所示：图19 液晶显示原理图3、PCB如图所示： 图20 液晶显示PCB图4.1.8 电源显示模块1、原理分析 2、 原理图如图所示：图21 电源原理图3、PCB如图所示：
