低功耗数字多功能表的设计论文.docx

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1、低功耗数字多功能表的设计编号：005A004摘要本系统以T1.公司的16位低功耗堆片机MSP430F2616为主限制器，由功能转换及变换电路模块，电源变换模块，键盘输入模块，结果显示模块与信号产生模块组成“系统能够精确测量20V以下的交直流电压、020kC的电阻，1(XMF以下的电容以及常规的晶体三极管的。参数。测量精度最高可达1%,并能输出频率IoHZ-100kHz、幅值100mV_5V范图可调的正弦信号，非线性失真较小。系统功耗较低，可用块9V电池供电，积定工作。关催词1数字多功能表低功耗MSP430A/D转换器书目1.1 系h总体方A结构穆图11.2 方案论证与比较I二、理论分析与计算2

2、2.1 交直流电压衰Ie22.2 电阻Mift舞22.3 研三极管Bm景2、yrr*rarrr”ar”r.r”.23.1总体设计思路23.3程序设计(WTXSH)3四、与送Wft果44.1 1和仪一44.2 ,*与结果分析4五、总i一、系统方案1.1 系统总体方案依据题目要求，木系统主要由维片机限制模块，功能转换及变换电路模块，电源变换模块，键盘输入模块，结果显示模块与信号产生模块组成。1.2 方案论证与比较雌片机限制模块方案一：采纳8位STC89C51雎片机，该限制器稳定性高，价格低廉，但是运行速率慢，功耗比较大，与本设计的低功耗相违反。方案二：采纳1.M3S8962单片机作限制核心，该单片

3、机速度快，功能强大，但功耗比较大，与本设计的低功耗相违反。方案三：采纳MSP30单片机，该限制罂稳定性高,功能齐全，含有我们须要的全都的功能，I1.其具有超低功耗的优点。综合考虑高效节能，我们选择方案三，采纳MSP430系列的MSP430F2616单片机作限制核心。电源变换模块方案一：9V方电池转换电路，经过1117ADJ降压处理，可以供应不同电压值给各个模块供电，完全能够满意对各个模块供电的须耍和题目要求。方案二：9V方电池转换电路，经过1.M25751N降压处理，可以得到+5V电压，再经过反压芯片TPS60400DBVT得到-5V。另外经过降压得到3.3V给单片机供电，能满意设计要求。由于

4、I1.17ADJ的功耗比较高，且1.M2575的转换效率较高，综合考虑，我们选择方案二，采纳1.M2575降压芯片实现电源变换。沟通电压测量模块方案一：搭建峰值检波I可路,利用二极管的单向导电性和电容存储电能的性质进行峰值采集，进而得到电压的有效值。方案二：利用真有效值转换芯片，性能参数方面也都能满意设计要求，且能测量非正弦波。采纳单芯片均方根直流转换器AD637.片内缓冲放大器既可以用作输入缓冲，也可以用于有源滤波器配置该混波器可以用来降低沟通纹波量，从而提高精度。经过实际的测量，峰值检波电路不好实现，效果不志向，采纳AD637效果志向，实现较为便利。故采纳方案二。1.2.4 电阻测量模块方

5、案一：利用测频法测量电阻值，在一个震荡电路里.，CR、7之间的关系确定，利用标准电容，测量周期，进而计算出电阻心方案二：比例法测电阻，采纳分压原理。用T1.431产生一个基准电压，利用标准电阻和被测电阻RX进行分压，经过AD采集，单片机的数据处理，得到电阻值。由于方案一要计犯周期比较困难，且误差较大，不易实现，方案二简洁易行，11比较精确，故采纳方案二。1.2.5 电容测量模块方案一：测量电容量的传统数字式方法,先将电容值转换为电信号（如电压）.再用A,D转换器将其转换为数字信号，因此电路困难，费用较高。方案二：用测频法测量电容，籽电容理入振荡电路，电容量可以被转换为领率，然后用单片机的定时/

6、计数器实施高精度测频。电路简洁,成本低,精确度较高O方案三：用充电法测电容。用固定的电压给电容充电，依据电容在电路的充放电时间，计算电容的大小充放电时间须要精确测fit,进行计算得到电容大小.结合本设计和小组内的软硬件水平，采纳测频法测电容.1.2.6 晶体三极管/参数测试模块将改变的夕值转化为与之成正比改变的电压或电流量，再取样进行比较、分档。可由以三极管电流/以b的关系，当人为固定值时，人反映了S的改变。通过采集/c流经的一个电阻的电压进行转换。得到晶体三极管。值，1.2.7 正弦波信号产生电路采纳单片集成芯片IC1.8038产生正弦波，进行外部电路和单片机限制，进行须率达到IOHz-KX

7、)kHz可谓o1.2.8 结果显示模块方案一：采纳1602,但是显示信息有限，功能切换不鲂具体具体。方案二：采纳12864液晶显示，易操作，显示便利。因此，选择方案二。二、理论分析与计算2.1 交直流电压衰减利用MSP430F26I6自带的12位A/D采集电压，运用内部基准时，ADC的量程是OV到2.5V,须要将电压信号衰减到此范的内。所以20V的档位要进行一次衰减，本设计采纳1：IO的衰减。2.2 电阻爱程选择依据不同的电阻量程，选择不同的标准电阻与其分压，T1.a431产生的基准电压输出2.5V。适当的分压后电阻上的电压单片机的AD可以干脆采集，应从可以选择标准电阻为200,2k,20k.

8、23晶体三极管测量要求基极电流约10AUCE约3V.,电潦源的输出电潦可以设置为IOA,作为被测晶体三极管的b,这样让三极管处于放大状态，测出再将该电流转换为电压信号用AD进行采集。三、电路与程序设计3.1 总体设计系统的总体设计思路是首先通过按健选择待测物理量的种类，分别对应的测试电路，D采集测试电路的输出，单片机依据具体的物理量进行相应的运算处理并在I(D1.2864上显示待测数据.系统总体设计框图见图I所示。图I系统总体框图3.2 部分模块电路的设计交直流电压测量（1）考虑不同出程及A/D采集范围的要求，对交直流信号进行衰减.（2）直流信号经衰减后可干脆进行AZD采集,但是沟通信号须要经

9、过AD637之后再进行采集。具体电路见附录。电阻测员电路（见附图）用T1.431产生一个基准电压，给标准电阻和被测电阻以供电，测量待测电阻上的分压，经过AD采集，单片机的运算处理，输出电阻值。口值测量电路（见附图）用已知三极管组成恒流源电路，将恒流源的电流输出作为待测三极管的基极电流，待测三极管构成共集电极电路，集电极电阻上的电压与S值成正比关系.只要用AD采该电压即可。电容测量电路（见附图）33程序设计（程序流程图）档位选择数据显示数据处理图2系统主流程图四、测试方法与测试结果4.1 浦试方法和仪卷测试方案：硬件测试、软件仿真测试、硬件软件联谢测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必需与系统

10、原理图完全相同,并且细致检杳无误，确保硬件电路无虚焊。测试仪器：成功VC9808、F1.o型数字合成函数信号发生器/计数器、SKI730SBP直流稳用电源。4.2 测试数据与结果分析测试数据（1）直流电压测量测试方案：通过开关选择直流电位档，由直流稳压源供应电压进行测量，然后由单片机显示输出衣IH流电压测量:表档位输入电压实际电压i(%)0.2V50mV50.4mV0.84I(X)mVKX).6nV0.602V0.5VO.5O2V0.40IVI.004V0.4020V5V5.O2V0.31IOV10.020.20结果分析：测量误差大部分在精度1G%+2个字)范用内，在0.2V档测量时，由丁没有

11、精密电阻，实践所用IM电阻误差较大，所以误差较大。测珏结果基本满意设计要求。(2)沟通电压费量测试方案：通过开关选择沟通电压档,由函数信号发生器供应一个4()Hz-4(M)Hz左右的正弦沟通电压，输入到沟通端进行测量.表2沟通电压祗量表档位输入电压实际电压误差(%)0.2V50mV50.6mV1.2KX)mV101.3mV1.322V0.5V0.504V0.891.0V1.7V0.7020V5.0V5.05V1.0010.V10.09V0.86结果分析：沟通电压：0.2-20V,精度(1.5%+5个字)，满意精度要求。(3)电阻冽量表3电阻浏此表档位传测电阻实测阻伯误(%2004747.20.

12、43I48147.90.072k0.5k0.512k2.311.k1.022k2.220k5k5.07k111.31IOkD10.15k1.45精度要求为(1.%+5个字)，2kC测量时由于被测电阻和标准的分压电阻相差有些大，因此较大的误差。(4)电容测量表4电容测量表档位待测电容实测电容误差(%)KX)nF33nF32.1nF2.766nF68.74.0100uFIOuF10.33.047UF48.32.8结果分析：电容误差在精度5%+10个字)，符合设计要求。(5)晶体三极管泅试表5。参数测试结果恃祗NPNS侑实际测业结果误差()9()882.221661670.612702731.158

13、35911.37结果分析：乡参数精度(2%+2个字)，符合设计要求.五、总结在惊慌而乂劳碌的竞赛期间内，我们小组成员团结协作、分工明确，经过了4天3夜的努力，最终完成题目要求的全部基本功能和大部分的发挥功能,经过此次电子设计竞赛的磨砺，我们增加了协作精神和实践实力，在竞赛中一起思索探讨问题，得到问题的解决方案，体会到了理论联系实际的重要性。由于学问水平有限、时间仓促,我们的作晶还有待于接着完善,希望老师多多指引。参考文献II童诗白、华成英主编.拟电子技术基础.第四版.北京：高等教化出版社,2(X)6.|2|江思故、陈明编著.Pme1.电路设计教程.第2版匕京：清华高校出版社，2006.附录：各部分电路:附图2.电阻测量电路附图四：三极管测量电路附图五:电容测量电容