電參數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)與制作

XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) PAGEPAGE7電參數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)與制作摘要本設(shè)計(jì)是數(shù)字式參數(shù)測(cè)試儀，它是維修儀表和調(diào)試電路的重要工具，是一計(jì)分?jǐn)?shù)字萬(wàn)用表（電壓、電流、電阻）I／vΩ／V，ICL7135A/D74LS47LM324射極隔離、經(jīng)CD4069放大整形輸出方波信號(hào)、再經(jīng)過(guò)三個(gè)CD401774LS151DCD4013其測(cè)試結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本要求。關(guān)鍵詞：電參數(shù)測(cè)試；單片機(jī)；ICL7135目錄緒論 4方案比較 5電路設(shè)計(jì)與分析 6電源電路 6A/D轉(zhuǎn)換電路… 7直流電壓測(cè)量電路… 9直流電流測(cè)量電路… 9電阻測(cè)量電路… 10頻率測(cè)量電路… 12測(cè)試方法與儀器 14測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果 14結(jié)論 16謝辭 16參考文獻(xiàn) 17附錄A:原理圖 18附錄B：PCB圖 20附錄元器件清單 22附錄單片機(jī)程序 231緒論萬(wàn)用表又稱三用表，是一種多量程和測(cè)量多種電量的便攜式電子測(cè)量?jī)x表。一般的萬(wàn)用表以測(cè)量電阻，交、直流電流，交、直流電壓為主。有的萬(wàn)用表還可以用來(lái)測(cè)量音頻電平、電容量、電感量和晶體管的β值等。萬(wàn)用表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于攜帶，使用方便，用途多樣，量程范圍廣，因而它是維修儀表和調(diào)試電路的重要工具，是一種最常用的測(cè)量?jī)x表。數(shù)字萬(wàn)用表由于具有準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍寬、測(cè)量速度快、體積小、抗干31416171準(zhǔn)確度和分辨力越來(lái)越高。2方案比較方案一：電路主要有A/D芯片ADC0809、單片機(jī)89C51和數(shù)碼管顯示組成。如圖2.1所示。上電復(fù)位上電復(fù)位AT89C51P0ADC0809串口通信P2P1LED顯示器電源電路P3圖2.1以ADC0809為A/D轉(zhuǎn)換芯片的電路框圖0809825）A/D222uSA/D7A/DA/D，79A/DOE10080930140241MHzP1、P3.0~P3.3LEDP3.5P0A/DP20809A/DADC08090－5V，方案二 ：A/DICL7135ICL7135A/D2.2基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓LED顯示器模擬信號(hào)ICL7135電源電路圖2.2以ICL7135為A/D轉(zhuǎn)換芯片的電路框圖ICL713A/D±20000STBBCDICL713514A/DTTL（OR)（UR)BCD基于以上比較，我選擇方案二為這次設(shè)計(jì)方向。3根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)的基本功能和發(fā)揮部分功能，本設(shè)計(jì)可分為6個(gè)部分：1、電源電路；2、A\D轉(zhuǎn)換電路；3、直流電壓測(cè)量電路；4、直流電流測(cè)量電路；5、電阻測(cè)量電路；6、頻率測(cè)量電路。電源電路1VinVout3R1E11DNGC1U10.1uF2E3C31VinVout3R1E11DNGC1U10.1uF2E3C3510T17805D1 2200uF 10uF D2LEDJ19V42220V12R2 3510GNDCON3BIDGE1C4E2C2D431 7905E410uF2200uFDNGNI0.1uFLED2V V33.1電源電路工作原理：220V～50Hz市電經(jīng)過(guò)變壓器降壓，再通過(guò)橋式整流，于輸出端的電容只是為了防止電源自激而設(shè)計(jì)。5V5V,7805、79052V7V，到整流電源的波動(dòng)，選擇8V。工作電流(后來(lái)測(cè)試)是57mA,設(shè)計(jì)時(shí)候，I0100mA。經(jīng)測(cè)試，穩(wěn)壓系數(shù)S<0.02;△Uo/UoS= △Io=0△Ui/Ui △T=0動(dòng)態(tài)內(nèi)阻R<0.5Ω；△UoR= △Ui=0△Io △T=0最大輸出紋波電壓Vnpp<60mV;綜上所述，本電源電路具有較高的性能/價(jià)格比，完全滿足設(shè)計(jì)要求。A/DA/D轉(zhuǎn)換電路用于轉(zhuǎn)換檢測(cè)得到的各項(xiàng)模擬量,ICL7135一次A/D轉(zhuǎn)換周期分為四個(gè)階段1、自動(dòng)調(diào)零AZ2、被測(cè)電壓積分INT3、基準(zhǔn)電壓反分DE；4、積分回零（ZI。如圖3.2所示，IC1是4位半雙積分A/D轉(zhuǎn)換器7135，以7135為核心，和周邊元件構(gòu)成一個(gè)滿量程為200mV的基本表。IC4為六反相器，兩個(gè)反相器組成振蕩電路為 ICL7135提供時(shí)鐘信號(hào)，振蕩頻率f=0.45/(R6*C4).ICL7135要求每秒鐘至少進(jìn)行3次A/D轉(zhuǎn)化，每次轉(zhuǎn)化需要40000個(gè)時(shí)鐘脈沖，因此時(shí)鐘頻率應(yīng)大于120KHZ，在這里取f=225KHZ。+5+5R11KIC4AIC4B1 2 3 44069TL431R22KR710KR610KC4R32KC1105R527105R4C21KR8C3105C5104R9-5V1234567891011Vin100K+5V121314GND200pU1V-VrefComINTCAZBUFCref+Cref-IN-IN+V+D5B1B2ICL7135URORSTRR/NGNDPalCLKBUSYD1D2D3D4B32827262524232221201918171615圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路ICL71354A/D,28DIP{2}腳（VREF）基準(zhǔn)電壓輸入端；{2}腳（AGND）模擬地；{4}腳（INT）積分器輸入端，接積分電容；{5}腳（AZ）積分器和比較器 XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) PAGEPAGE10被測(cè)信號(hào)負(fù)輸入端；{10}腳（IN+）被測(cè)信號(hào)正輸入端；{11}腳（V+）+5V電源端；{12}、{17}～{20}腳(D1～D5)位掃描輸出端;{13}～{16}腳(B1～B4)BCD碼輸出端;{21}腳(BUSY){22}CLK{23負(fù)極性信號(hào)輸出端；{24}腳（DGND）數(shù)字地端；{25}（R/H）運(yùn)行/讀數(shù)控制端；{26}腳（STR）數(shù)據(jù)選通輸出端；{27}腳（OR）超量程狀態(tài)輸出端；{28}腳（UR）欠量程狀態(tài)輸出端。當(dāng)該端懸空時(shí)為時(shí)處于連續(xù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)每40002個(gè)時(shí)鐘周期完成一次A/D轉(zhuǎn)換若R/H由“1”變則7135在完成本次A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入保持狀態(tài)此時(shí)輸出為最后一次轉(zhuǎn)換結(jié)果不受輸入電壓變化的影響因此利用R/H端的功能可以使數(shù)據(jù)有保持功能若把R/H端用作啟動(dòng)功能時(shí)只要在該端輸入一個(gè)正脈沖（寬度》300NS，轉(zhuǎn)換器就從AZ階段開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換POL 用來(lái)指示輸入電壓的極性，當(dāng)輸入電壓為正，則POL等于“1”，反之則等于“0”。該信號(hào)DE階段開(kāi)始時(shí)變化，并維持一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)期。直流電壓測(cè)量電路32v20v。萬(wàn)用表的誤差主要分為A/D7135R2R3采用精度為±0.1%的高穩(wěn)定性精密電阻，為達(dá)到更高的精確度，R1、R2、R3串聯(lián)一個(gè)微調(diào)電阻器。OUTVOUTV1VV1V01R1R2R39KR41K900R5100100R61001COM圖3.3直流電壓測(cè)量電路直流電流測(cè)量電路OUTR7R8R9構(gòu)成電流取樣電阻，被測(cè)電流流過(guò)取樣電阻是產(chǎn)生電壓降，以此電壓作為基本表的輸入電壓即可實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換為了使結(jié)果更精確R8R9R也全部采用精度為±0.1%的高穩(wěn)定性精密電阻，同樣為了達(dá)到更高的精確度，R7、R8、R9、也各串聯(lián)一個(gè)微調(diào)電阻器。FU是0.5A/250V的快速熔絲管，起過(guò)流保護(hù)作用.D1D2組成又向限幅二極管，作過(guò)壓保護(hù)作用。當(dāng)輸入電壓低于硅二極管的正向?qū)妷簳r(shí)，二極管截止，對(duì)測(cè)量并無(wú)影響。一旦 VIN＞0.6-0.7V，二極管迅速導(dǎo)通，從而限制了儀表的輸入電壓。OUTAAuAmAuA01 m001 1R7900

R890

R910 D1DIODED2DIODEFUFUSECOM直流電流測(cè)量電路電阻測(cè)量電路電阻檔采用比例法測(cè)量，7135內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VCC經(jīng)過(guò)R13、R14調(diào)整DCV后的VR1及R13上的分壓后作為測(cè)量電（200Ω量程直接用VCC作測(cè)量電壓標(biāo)準(zhǔn)電阻R0和被測(cè)電阻RX構(gòu)成串聯(lián)電路將R0上的壓降作7135的基準(zhǔn)電壓RX的壓降作輸入電壓。由于RX/R0=VRX/VR0，形成電阻電壓轉(zhuǎn)換。電阻檔的保護(hù)電路由晶體管Q1（9013）和正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC.這里是將Q1的集電結(jié)短接，利用其發(fā)射結(jié)反向電壓約為 5.8-78V的特性，代替穩(wěn)壓管作過(guò)壓保護(hù).PTC則是過(guò)流保護(hù)元件.當(dāng)不慎誤用電阻檔測(cè)量220V交流電壓時(shí)電壓經(jīng)PTC加到Q1上，使Q1反向擊穿（軟擊穿）.由于PTC的初始電阻很低，常溫下僅R1330KOUTGNDk001R143KK01K1R1330KOUTGNDk001R143KK01K1001019013Q1R151KR16R17R18R19R25R262KPTC90KR2010K9KR211K900R2210090R2310010R24100VCCGND INCOM圖3.5 電阻測(cè)量電路頻率測(cè)量電路頻率的測(cè)量方法有兩中：1）測(cè)頻法（M：f（閘門(mén)信號(hào)為T(mén)G）N1Nf 1 TG

TG（s，N1（重復(fù)周期數(shù)3.6.1圖3.6.1測(cè)頻法測(cè)量原理設(shè)在TG期間，計(jì)數(shù)器的精確計(jì)數(shù)值應(yīng)為N，根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)特性可知， XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) PAGEPAGE151 N1的絕對(duì)誤差是N1或NN1 NN N1N 1 1 N1 N N NN1N（N1）系。因此，在?N1TGTGTGTG1s，f1N1fNf1的相對(duì)誤差：ff 1

f1f1f1 f f f從上式可知，f1的相對(duì)誤差與f成反比關(guān)系，即信號(hào)頻率越高，誤差越小；而信號(hào)頻率越低，則測(cè)量誤差越大。因此，M法適合于對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量，頻率越高，測(cè)量精度也越高。2）測(cè)周法（T法）首先把被測(cè)信號(hào)通過(guò)二分頻，獲得一個(gè)高電平時(shí)間或低電平時(shí)間都是一個(gè)信TTOSC在一個(gè)信號(hào)周期T的時(shí)間內(nèi)對(duì)fOSC信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如圖3.6.2所示。圖3.6.2測(cè)周法測(cè)量原理若在T時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為N2，則有1 1 ff OSCTN2

TOSC

2 T N2

T NOSC 22 N2N1（NN12 N N 2

N1N1N2N

N N NTT NT T (NT 2

2 OSC

OSCT2T

T T T從T2的相對(duì)誤差可以看出，周期測(cè)量的誤差與信號(hào)頻率成正比，而與高頻f測(cè)量精度也就越高。因設(shè)計(jì)的要求，頻率范圍為10HZ-100KHZ,其頻率比較低，為了計(jì)算方便，統(tǒng)一用測(cè)周法，所以將全頻的信號(hào)分頻轉(zhuǎn)換到10HZ-100HZ的低頻信號(hào)。LM324CD4069CD4017,CD4017，C0C0Q9C0U6U5C0CD401774LS151DCD4013完成二分頻，最后時(shí)頻率降至10HZ-100HZ，送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入信號(hào)100HZ100HZ3.6.3

圖3.6.3 頻率測(cè)量電路4測(cè)試儀器4.1所示。序號(hào)儀器名稱型號(hào)及規(guī)格數(shù)量備注DF1730SC3A，1穩(wěn)壓源50～60HZ1.5～3A1寧波東風(fēng)無(wú)線電廠2仿真機(jī)ME-52A1煒煌電子公司LABTOOL-483燒寫(xiě)器100～240VAC，50～60HZ1南京希爾特公司4數(shù)字萬(wàn)用表UT58B系列1優(yōu)利德(東莞)科技有限公司5計(jì)算機(jī)Pentium42聯(lián)想6雙蹤示波器YB4325，20MHZ1寧波中策電子有限公司表4.1測(cè)試儀器清單5測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果電阻測(cè)量范圍：10Ω～100KΩ，相對(duì)誤差<2%；電流測(cè)量范100μA～10m（10V<2%100mV～10V，相對(duì)誤差<2%；頻率測(cè)量范圍：100Hz～10kHz，相對(duì)誤差<0.1%，輸入信號(hào)50mV（5）2s10Ω～1MΩ<0.3%；電流測(cè)量范圍電流源開(kāi)路電壓為10<0.2%；100m～10V，<0.1%；范圍：10HZ～100kHZ，相對(duì)誤差<0.01%，50mV5.1電壓標(biāo)準(zhǔn)值（V）數(shù)字萬(wàn)用表電壓實(shí)測(cè)值(V)相對(duì)誤差（%）0.10.101891.8911.01971.9733.05611.8766.11411.9088.19072.381010.3163.16電流標(biāo)準(zhǔn)值（mA）數(shù)字萬(wàn)用表電流實(shí)測(cè)值（mA）相對(duì)誤差（%）0.10.101511.5111.01691.6933.05911.9766.19183.1999.3944.38電阻標(biāo)準(zhǔn)值（KΩ）數(shù)字萬(wàn)用表電阻實(shí)測(cè)值（KΩ）相對(duì)誤差（%）0.010.0101761.760.10.101591.5911.01961.961010.2352.355051.7913.58100102.1152.1110001036.33.63頻率標(biāo)準(zhǔn)值（KHZ）數(shù)字萬(wàn)用表頻率實(shí)測(cè)值（KHZ）相對(duì)誤差（%）0.050.0505281.060.10.101731.7355.14712.942020.9064.534041.1522.888082.9823.73100104.034.03表5.1 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果結(jié)論ICL7135A/DPCBC了！的認(rèn)知過(guò)程，因此只有靜下心來(lái)慢慢去推敲去琢磨才能克服與認(rèn)知一個(gè)事物！謝辭們的恩惠我將銘記于心！ XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) PAGEPAGE18參考文獻(xiàn)蔣運(yùn)茂.電工儀表與測(cè)量[M].北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社,1994.謝自美、閻樹(shù)蘭、趙去娣、朱如琪、羅杰.電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試武漢：化中科技大學(xué)出版社，2000付曉光.單片機(jī)原理與實(shí)用技術(shù)[J].出版社，2004馮古嶺.數(shù)字電壓表及數(shù)字多用表檢測(cè)技術(shù)[J].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2003(12)電子工業(yè)出版社，2005附錄A原理圖11E11VinDNGC10.1uF2Vout3E3C3R1510T17805D12200uF 10uF 9VD2LED42220VR2510GNDJ1123CON3TRANS53BRIDGE1E2C4C217905E410uF0.1uFD42200uF0.1F22VLEDV3圖A1電源電路OUTOUTAAuAmAuA01 m001 1R7 R8 R9900 R10100

90 R11100D1DIODED2DIODE

10 R12100FUFUSECOMVm00 V V01 1 1OUTR1 R2 R3VCCk01

R1330KR143K

9KDCVK01

R4 900 R51K 100K 01 1

100 R610001

COM OUTGND9013Q1R151K

R1690K R20

R179K R211K

R18900 R22100

R1990 R23100

R2510 R24100

R262KPTCGND

圖A2電壓、電流、電阻取樣電路

IN COM+5V+5VQ3Q4Q5Q6Q7d5 NPNd4 NPNd3 NPNd2 NPNd1 NPNR11KC5C610uFR2R32KR8D1TLR5C2R6C1123456789100KC4V-VREFAGNDINTAZBUFCref+Cref-1N4148R10c3ca1aVCC2baa1aVCC2bc3caa1aVCC2bc3caa1aVCC2bc3caa1aVCC2baa1aVCC2baUR28STR25OR2627100d4dfgbe5ef7ec4dfgbe5edg8dpf7ec4dfgbe5edg8dpf7ec4dfgbe5ec3cdg8dpf7ec4dfgbe5ec3cdg8dpf7ec4dfgbe5edg8dpf7ecdg8dp2K105R727dpdpdpdpR42K105103GND3B1DGND24Pol23Clk2LKBusy21D11D22D33D44B36B45R/HQ1dpdp9012D1REDCAD2REDCAD3REDCAD4REDCAD5REDCAD6REDCA105IN+V+D5IN-abcdefgR27100RES2R11100R12100R131003IC4AIC4B254CLKC8104R234B2100KTL7315R2140494049OUT+5+5+5+510KR2210KC7R9Q29014U174LS472K4200PABCD圖A3 頻率電路 XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) PAGEPAGE21附錄BPCB圖圖B1電源電路圖B2 A/D取樣、顯示電路圖B3 電壓、電流、電阻取樣電路B4頻率電路附錄C元器件清單序號(hào)材料名稱型號(hào)/規(guī)格數(shù)量1CPU-98C5112集成塊LM32413集成塊406914集成塊401745集成塊401316集成塊74LS54117集成塊404918集成塊74LS4719D/A芯片TL7135110集成穩(wěn)壓塊7805111集成穩(wěn)壓塊7905112數(shù)碼管共陰1213變壓器12V/25W114全橋1A/50V115三極管NPN616三極管PNP117電解電容10uF1018瓷片電容0.1uF419瓷片電容104220瓷片電容200P121二極管1N4148322發(fā)光二極管223晶振12MHZ124電位器10K125電位器2K126電位器1K227電位器100828電阻100K629電阻90K130電阻30K131電阻10K232電阻9K233電阻3K134電阻2K4235電阻2K336電阻1K437電阻900338電阻510239電阻1001740電阻902 XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 電阻 10 2附錄D單片機(jī)程序#include<reg51.h> unsignedchardataxian_shi_3;#include<intrins.h> unsignedchardataxian_shi_4;Unsignedcharcodedat[]={ unsignedchardataxian_shi_5;0x3F,/*0*/ unsignedchardataxian_shi_6;0x06,/*1*/ unsignedchardataxian_shi_7;0x5B,/*2*/ unsignedchardatadian_ya_data_aj;0x4F,/*3*/ unsignedchardatadian_liu_data_aj;0x66,/*4*/ unsignedchardatadian_zhu_data_aj;0x6D,/*5*/ unsignedchardataping_liu_data_aj;0x7D,/*6*/ unsignedchardatajiao_liu_data_aj;0x07,/*7*/ unsignedchardataxiao_shu_dian;0x7F,/*8*/ unsignedchardatadian_liu_data_aj1;0x6F,/*9*/ unsignedchardata th0data;}; unsignedchardata zgl;#defineucharunsignedchar unsignedintdata #defineuintunsignedint unsignedchardata sbitOFFxs=P1^7; floatdata1;sbitaj=P1^6; floatdata2;sbitad_sclk=P1^3; unsignedchardata ad_ad;sbitad_cs=P1^4; floatk;sbitad_dout=P1^5; unsignedlong xs2;sbitad1=P3^3; unsignedlong nba;sbitad2=P3^4; bitaj_bzw;sbitui1=P1^0; bitu_x_bzw;sbitui2=P1^1; bit zd_bzw;sbitui3=P1^2; unsignedchardata ii;sbitint0=P3^2; unsignedchardata uu;sbitK1=P2^0; unsignedlongdata p;sbitK2=P2^1; unsignedlongdata q;sbitK3=P2^2; #define e 0x61/*E*/sbitK4=P2^3; #define r sbitK5=P2^4;sbitK6=P2^5; 外部中斷sbith1=P1^0; voidwai_bu()interruptsbith2=P1^1; {//TR0=0;unsignedint xhxh; nba=((TH0*256)+TL0);unsignedlong ad_data; TL0=0;TH0=0;unsignedlong xs1; //TR0=1;unsignedchardataxian_shi_wei; unsignedchardataxian_shi_1; }unsignedchardataxian_shi_2; 23 XXXXXX學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) { th0data++; aj_bzw=0;}voidxs(void)

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