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1、XXXXXX学院机电工程学院毕业设计XXXXXXX学院毕业设计 题 目 电参数测试仪设计与制作姓 名 学 号 专业班级 分 院 指导教师 20XX年XX月XX日电参数测试仪设计与制作摘要：本设计是数字式参数测试仪，它是维修仪表和调试电路的重要工具，是一种最常用的测量仪表。本作品能够对电压、电阻、电流以及频率进行测试。本设计分数字万用表（电压、电流、电阻）测量电路部分和频率测量电路部分。万用表测试电路部分是基于电压表的基础上再电流一电压转换器Iv和电阻一电压转换器V，构成了数字万用表基本部分，然后通过ICL7135进行A/D转换，再经过74LS47译码、数码管显示，就组成高进度的万用表。频率测量
2、电路是输入信号通过LM324射极隔离、经CD4069放大整形输出方波信号、再经过三个CD4017十分频、分频信号经数据选择口74LS151通道选择后、由D触发器CD4013完成二分频，送到单片机，单片机根据输入信号的频率高低来选择测量通道，最后显示。经过严格的测试，该系统具有可靠性好，精度高，功耗小等多种优点，其测试结果达到了设计的基本要求。关键词：电参数测试；单片机；ICL7135目录1 绪论42方案比较 53 电路设计与分析 63.1电源电路 63.2 A/D转换电路7 3.3直流电压测量电路9 3.4直流电流测量电路9 3.5电阻测量电路10 3.6频率测量电路124 测试方法与仪器14
3、5 测试数据及测试结果14结论 16谢辞 16参考文献 17附录A: 原理图18附录B：PCB图20附录C：元器件清单22附录D：单片机程序231绪论 万用表又称三用表，是一种多量程和测量多种电量的便携式电子测量仪表。一般的万用表以测量电阻，交、直流电流，交、直流电压为主。有的万用表还可以用来测量音频电平、电容量、电感量和晶体管的值等。万用表结构简单，便于携带，使用方便，用途多样，量程范围广，因而它是维修仪表和调试电路的重要工具，是一种最常用的测量仪表。数字万用表由于具有准确度高、测量范围宽、测量速度快、体积小、抗干扰能力强、使用方便等特点而广泛应用于国防、科研、工厂、学校、计量测试等技术领域
4、。现在的数字万用表除了具有测量交、直流电压，交、直流电流，电阻等五种功能外，还有数字计算，自检，读数保持，误差读出，二极管检测，字长选择，E488接口等功能，使用时要根据具体要求选用随着大规模集成电路和显示技术的发展，数字万用表逐渐向小型化、低功耗、低成本方向发展，数字万用表也明显分为便携式和台式两种。便携式一般为31位或41位，体积小，重量轻，耗电少，适合生产车间或野外使用；台式可达61位或71位，准确度和分辨力越来越高。2 方案比较方案一：电路主要有A/D芯片ADC0809、单片机89C51和数码管显示组成。如图2.1所示。 串口通信电源电路上电复位LED显示器AT89C51 P0 P2
5、P1 P3ADC0809 图2.1 以ADC0809为A/D转换芯片的电路框图0809具有8路模拟输入端口，地址线（23- 25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。6脚为测试控制，当输入一个2uS宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1MHz时钟。单片机的P1、P3.0P3.3端口作为四位LED数码管显示控
6、制。P3.5端口用作单路显示/循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路方案二： 以A/D芯片ICL7135为核心，由ICL7135进行A/D转化，在经过译码器后直接送到数码管进行显示.如图2.2所示所示。模拟信号电源电路基准电压ICL7135LED显示器 图2.2 以ICL7135为A/D转换芯片的电路框图ICL713它是一种四位半的双积分
7、A/D转换可以转换输出20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便。ICL7135具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低，自动极性转换功能，所有输出端和TTL电路相容有过量程（OR)和欠量程（UR)标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。 输出为动态扫描BCD码的优点。1 基于以上比较，我选择方案二为这次设计方向。3 电路设计与分析根据任务设计的基本功能和发挥部分功能，本设计可分为6个部分：1、电源电路；2、AD转换电路；3、直流电压测量电路；4、直流电流测量电路；5、电阻测量电路；6、频率测量电路。 3.1电源电路电源电路采用三端稳压器，三端稳压器安全可靠
8、，PCB布线简单，输出电流足够大，而且集成稳压器内部有较为完善的保护电路。它的内部有过流保护，保证输出电流不会超过最充许值。它的内部有热保护电路，如果输出管的结温达到允许的最大值，它就会自动减小输出电流。它内部有工作区限制电路，使稳压器的工作不进入不安全区（输出管的管压降和输出电流小于规定值），所以这种稳压器的可靠性较高。如图3.1所示。图3.1电源电路电源电路工作原理：220V50Hz市电经过变压器降压，再通过桥式整流，然后用电容滤波后，经三端稳压管稳压，从而得到一个比较稳定的直流电压，至于输出端的电容只是为了防止电源自激而设计。电路参数计算：由于所用芯片工作电压需要5V供电，所以其它电路也
9、统一用5V, 7805、7905要正常工作至少2V压降，所以其输入电压至少为7V，考虑到整流电源的波动，选择8V。工作电流(后来测试)是57mA, 设计时候，I0取100mA。经测试，稳压系数 S0.02;Uo/UoS= Io=0Ui/Ui T=0动态内阻 R0.5；Uo R= U i =0Io T = 0 最大输出纹波电压Vnpp 60mV ; 综上所述，本电源电路具有较高的性能/价格比，完全满足设计要求。 7 3.2 A/D转换电路A/D转换电路用于转换检测得到的各项模拟量, ICL7135一次A/D转换周期分为四个阶段：1、自动调零（AZ）；2、被测电压积分（INT）；3、基准电压反积分
10、（DE）；4、积分回零（ZI）。如图3.2所示，IC1是4位半双积分A/D转换器7135，以7135为核心，和周边元件构成一个满量程为200mV的基本表。IC4为六反相器，两个反相器组成振荡电路为ICL7135提供时钟信号，振荡频率f=0.45/(R6*C4).ICL7135要求每秒钟至少进行3次A/D转化，每次转化需要40000个时钟脉冲，因此时钟频率应大于120KHZ，在这里取f=225KHZ。图3.2 A/D转换电路ICL7135是双斜积分式4位半单片A/D转换器,28脚DIP封装。其脚功能如下:1脚（V-）-5V电源端；2脚（VREF）基准电压输入端；2脚（AGND）模拟地；4脚（IN
11、T）积分器输入端，接积分电容；5脚（AZ）积分器和比较器反相输入端，接自零电容；6脚（BUF）缓冲器输入端，接积分电阻；9脚（IN-）被测信号负输入端；10脚（IN+）被测信号正输入端；11脚（V+）+5V电源端；12、1720脚(D1D5)位扫描输出端;1316脚(B1B4)BCD码输出端;21脚(BUSY)忙状态输出端；22脚（CLK）时钟信号输入端；23脚（POL）负极性信号输出端；24脚（DGND）数字地端；25（R/H）运行/读数控制端；26脚（STR）数据选通输出端；27脚（OR）超量程状态输出端；28脚（UR）欠量程状态输出端。当R/H=“1”（该端悬空时为“1”）时，7135处
12、于连续转换状态，每40002个时钟周期完成一次A/D转换。若R/H由“1”变“0”，则7135在完成本次A/D转换后进入保持状态，此时输出为最后一次转换结果，不受输入电压变化的影响。因此利用R/H端的功能可以使数据有保持功能。若把R/H端用作启动功能时，只要在该端输入一个正脉冲（宽度300NS），转换器就从AZ阶段开始进行A/D转换。POL用来指示输入电压的极性，当输入电压为正，则POL等于“1”，反之则等于“0”。该信号DE阶段开始时变化，并维持一个A/D转换调期。3.3 直流电压测量电路 直流电压共设置为3档：200mv、2v、20v。万用表的误差主要分为A/D转换误差和取样误差两个部分，A/D转换器7135的转换误差一般是0.05%，并且装成整机后不易变化，DCV量程的取样误差则主要由分压电阻决定，R1、R2、R3全部采用精度为0.1%的高稳定性精密电阻，为达到更高的精确度，R1、R2、R3各串联一个微调电阻器。图3.3 直流电压测量电路 3.4直流电流测量电路R7、R8、R9构成电流取样电阻，被测电流流过取样电阻是产生电压降，以此电压作为基本表的输入电压，即可实现I/V转换。为了使结果更精确，R7、R8、R9、R也全部采用精度为0.1
