1、簡易數字萬用表結題報告目錄簡易數字式萬用表結題報告錯誤！未定義書簽。一、摘要2二、總述2三、硬件31制板32控制器43切換電路44供電電路55電阻測量電路51）一般電阻測量62）小電阻測量86電感測量電路97電容測量電路118、顯示電路12四、軟件121）自動進入待機狀態122）電阻測量132）電感的測量133）、電容的測量：14五、設計效果15六、總結16一、摘要該系統是基于單片機的簡易數字式萬用表，可以用來測量電阻，電容，電感的大小。該萬用表具有價格低，測量范圍大，精度高的特點，量程可以自動切換，可以自動校零，使用方便。二、總述制作一臺功能齊全，精度較高，測量范圍較廣的數字式萬用表，電路可

2、能會比較復雜，為了更好的完成設計，我們采用模塊化的思想，將整個系統分成控制器、電阻測量電路、電感測量電路、電容測量電路、顯示電路五個部分。其模塊圖如圖表1所示控制器電阻測量電路電容測量電路電感測量電路顯示電路圖表1三、硬件1制板在制作電路上，基于中山大學現有的條件，通常有以下幾種方法：1)、用萬用板直接焊電路 萬用板是很常見的電路板制作材料，用其制作電路工藝簡單易學，電路更改方便，價格相對較低。但是，用萬用板制作的電路，保存時間一般較短，容易損壞，電路故障排查較為困難，對制作者焊電路的工藝要求很高，且不適于制作復雜電路。2)、用感光板制作電路用感光板制作電路是制作PCB板最易于學習的方法，但是

3、感光板價格相對較高，制作步驟較多，曝光、顯影等過程要求較高，很需要經驗，并且制作雙面板難度相當大。3)、用刻板機刻板所需過程較少，價格低，但是需要非常多的經驗，容易將板刻壞，制作板所耗的時間長，不適于大批量制板。4)、用熱塑機制板電路漂亮美觀，整齊，易于操作，價格較低，制作過程中出錯易于修改，制作雙層板方便。5)、將電路送交廠家制作電路板電路美觀，保存時間最長，最不易出現短路，開路等故障，但是價格非常高。綜上，我們采用熱塑機制板。 2控制器要測電阻、電容、電感的值的大小，并且要能夠自動切換量程，不用一個微處理器，電路可能會非常之復雜，制作成本也會很高，為了簡化電路，降低成本，并且使該表具有更大

4、的靈活性，我們決定采用單片機來作為總控制器，協調各個模塊的工作，使系統有條不紊地進行各項測量工作，并將結果準確無誤的顯示出來。市場的的單片機種類繁多，功能各不相同。8051系列的單片機以其價格低、功耗低的優勢，深受青睞。宏晶又推出新一代STC系列單片機，運算速度是普通8051單片機的12倍，其中就有STC5410，這款單片機已經可以完全滿足需求。該單片機的最小系統如圖表2所示:圖表 2圖表 33切換電路用戶選擇不同檔位時，單片機的AD口會接收到不同的電壓，單片機根據電壓的不同從而確定用戶是選擇了哪一個檔。電路圖如圖表3所示：4供電電路在我們的萬用表中，各種各樣的器件都需要穩定的不同的電源供給，

5、而我們可用的電壓只有錯誤！未找到引用源。，為了得到這些不同的電壓，我們自己搭建了幾個穩壓電路。I、5V電壓在實際中應用很廣泛的是7805芯片，在此我們選用該芯片提供5V電壓。I I、-5V電壓我們采用7660來提供-5V電壓I I I、12V電壓由于我們可用的電壓只有錯誤！未找到引用源。一種，如果直接從15V穩壓到5V，不僅穩壓效果不好，而且7805會嚴重發熱，甚至芯片被燒壞。為此，我們采用多級穩壓，先將15用7812穩壓到12V在將12V電壓穩到5V。穩壓模塊的電路圖如圖表4 圖表 45電阻測量電路對于電阻的測量，人類過去的幾百年的歷史中，總結出了許多種方法。對于不同阻值的電阻，為了達到較高

6、的測量精度，也有不同的測量方法，比如：分壓法、伏安法，恒流源測小電阻法，小電流測大電阻法。對于常見阻值的電阻（100錯誤！未找到引用源。，我們采用最常見的分壓法；除此，我們的萬用表還增加了可以測量小電阻的（錯誤！未找到引用源。以下）的功能。1）一般電阻測量對于一般電阻，我們采用分壓法，將待測電阻與基準電阻串聯起來，再將基準電壓加在兩者之上，用ADC測量待測電阻分得電壓值，則待測電阻錯誤！未找到引用源。為ADC值，ADC的滿量程值錯誤！未找到引用源。，基準電阻錯誤！未找到引用源。的函數 錯誤！未找到引用源。(1)a)基準電壓的獲取MC1403可以產生2.5V的基準電壓，只需在產生的基準電壓的基礎

7、上用變阻器進行分壓，即可得到2V的基準電壓。 在測量的電阻過程中，由于電阻的分壓作用，會導致基準電壓下降。但是，由ADC的原理可知，只要保持ADC的基準電壓和電阻（待測電阻和基準電阻）兩端電壓不變，測量結果就不會受到太大影響。b)自動切換量程在電阻的測量過程中，待測電阻阻值越接近基準電阻阻值，所測得的結果就越準確。所以為了使各個量級上的電阻都測得比較準確，在測量過程中需要切換量程，也就是采用不同的基準電阻。電阻切換電路需要在導通時電阻很小，斷開時電阻很大，以避免對基準電阻產生影響。綜合各方面的因素，切換電路采用電磁繼電器。其在導通時電阻只有幾十毫歐，斷開時電阻無窮大，很符合要求。電磁繼電器需要

8、用達林頓管來驅動。其切換控制電路如圖表5圖表 5由于控制器的IO口不充足，所以用164串入并出移位寄存器來控制達林頓管以節省IO口的開銷。如圖表6所示圖表 6c)ADCADC的選取直接關系到電阻測量值的準確性。ADC通常有8位，10位，11位，16位等等精度。8位精度誤差4%左右，10位在0.1%左右，11位在0.05%左右，16位在0.0015%左右。精度越高，價格越高。本設計的目的是使精度在1%以內，則8位AD達不到要求，16位AD則沒有必要。14433是一種常用ADC，經常用于制作儀器儀表制作中，精度高，并且可以直接驅動數碼管顯示，輸出接口方便。本設計就選擇14433作為ADC。其電路圖

9、如圖表7所示圖表 72）小電阻測量對于小電阻，如果采用上述相同的測量方法，由于系統的輸入電阻的影響，會有較大的誤差。所以對于小電阻，采用通電流的方法。即把一已知大小的電流I加在待測電阻錯誤！未找到引用源。上，將電阻電壓采用差動輸入的方式進行放大n倍，再把放大后的電壓值用ADC轉化為一個整數值錯誤！未找到引用源。輸給單片機。假設單片機滿量程的整數值為錯誤！未找到引用源。，基準電壓為錯誤！未找到引用源。則錯誤！未找到引用源。(2)電路圖如圖表8圖表 8對于恒流源，我們采用的是將基準電壓加在一變阻器上，用兩只精密放大器組成電流源。如圖表9圖表 96電感測量電路電感的測量也有比較多的方法，常見的有阻抗

10、法、振蕩測頻率法。阻抗法的操作較為復雜，對電路要求高，測量精度較低。振蕩測頻率法是采用三點式諧振電路來使電路發生諧振，對產生的正弦波進行整形，形成方波，再通過單片機對整形之后的信號進行頻率測量，根據頻率的大小，基準電容的錯誤！未找到引用源。大小，則可得電感值錯誤！未找到引用源。的大小錯誤！未找到引用源。=錯誤！未找到引用源。（3）待測電感與基準電感的差距越小，測量就越準確，因此對于不同電感值電感，應當采用不同的基準電感。電路的切換仍然用繼電器來控制，在此為避免重復，繼電器部分不再重述，與切換電阻的方法是完全一樣的。為了簡化電路，我們采用兩個量級的基準電感10mH和10錯誤！未找到引用源。電路如

11、圖表10圖表 10理論上，以上測量是比較準確的，但是，也存在非線性的誤差，即用公式三計算出來的結果不是完全準確的，并且，隨著待測電感與基準電感差距的增大，誤差累積增大。如圖表10圖表11實驗證明確實如此。誤差可以達到50%左右。對此，我們可以用軟件進行修正。這一點將在軟件部分里面有詳細的說明。如圖表117電容測量電路對于一般的電容電容的測量方法也很多。常見的有脈寬法、充電測電壓法、充電測時間（頻率）法、容抗法、振蕩測頻率法等等。利用待測電容與74LS14組成多諧振蕩器，使施密特觸發器不斷翻轉，輸出端就可以得到一個一定頻率的方波信號。不同的電容得到的方波頻率不同，且電容的大小同頻率成正比。所以，

12、我們可以測基準電容錯誤！未找到引用源。的振蕩頻率錯誤！未找到引用源。，再測出待測電容的振蕩頻率錯誤！未找到引用源。，則錯誤！未找到引用源。(4)電路如圖表12所示圖表 128、顯示電路為了將測得的值準確地顯示出來，我們加入顯示模塊。1）、普通表頭普通表頭根據通過電流大小形成一定的偏角，來顯示被測值的大小，使用簡便。但是，我們的測量系統幾乎都是數字量的，故普通表頭不合適。并且普通表頭讀數不可能非常精確。2）、LED數碼管顯示數碼管結構簡單，原理易懂，價格低廉，廣泛地應用于許多家用電器。但是，數碼管顯示內容單一，占用處理器資源較多，功耗較大。3）、LCD液晶顯示器LCD液晶顯示，可以顯示數字或字符

13、，采用串行方式，不會占用太多單片機引腳，功耗較低。但是價格較高。綜上，我們的顯示模塊采用價格較低的液晶顯示1602。四、軟件1）自動進入待機狀態長時間檢測到輸入無明顯變化時，說明用戶長時間沒有進行操作，單片機進入低功耗模式，以節省電源。2）電阻測量測量： 用戶首先選擇電阻檔，將電阻插入電阻測試插槽。單片機被喚醒，并選用10K電阻進行估測。因為10K電阻是中量級電阻，測得所有誤差都比較準確，故用與估測。再根據測得的數值選用合適的測量電路。如果電阻大于20錯誤！未找到引用源。，則采用合適的基準電阻進行測量；如果電阻小于20錯誤！未找到引用源。，就采用小電阻測量電路進行測量。然后將測量的結果用液晶顯

14、示出來。程序框圖：用戶操作：選擇電阻量程插入待測電阻檢測14433輸出的整數值估算電阻值選擇合適的基準電阻再次測量將測量結果顯示出來小電阻測量電路20錯誤！未找到引用源。大于20錯誤！未找到引用源。小于20錯誤！未找到引用源。圖表132）電感的測量軟件校正：理論上，我們是假設錯誤！未找到引用源。并且認為錯誤！未找到引用源。是常數。然而實際上隨著頻率的改變電容值會改變，錯誤！未找到引用源。也就會改變，所以錯誤！未找到引用源。與f的關系如圖 為了消除這種系統誤差，我們采用分段線性的方法，在不同的段落采用不同的錯誤！未找到引用源。值就可以大大提高測量精度。為此，我們將電感測量電路調試好以后，找來不同

15、的量級的基準電感進行測量，從而確定不同段落的錯誤！未找到引用源。這樣，精度就大大提高了。測量：利用單片機的計數功能測出單位時間內單片機接收到的脈沖數，再根據脈沖數確定錯誤！未找到引用源。值，從而計算出電感值。程序框圖：用戶操作：選擇電感檔，插入電感測量脈沖頻率計算電感值確定錯誤！未找到引用源。值顯示圖表143）、電容的測量：測量：用戶首先選擇電容檔，將電容插入電容測試槽。電路開始工作，單片機先通過控制繼電器，選通基準電容錯誤！未找到引用源。，測出振蕩頻率錯誤！未找到引用源。然后單片機選中待測電容，測出錯誤！未找到引用源。，單片機根據式（4）可以計算出待測電容容值，并用液晶將其顯示出來。程序框圖

16、：用戶操作：選擇電容檔，插入電容選通基準電容，測對應頻率選擇待測電容，測對應的頻率顯示計算電容值圖表15五、設計效果經過測試，我們可以測量100錯誤！未找到引用源。-1M錯誤！未找到引用源。，誤差在0.5%以內；可以測量1-20錯誤！未找到引用源。的小電阻，誤差在5%以內；可以測量100錯誤！未找到引用源。3.4 誤差分析本系統誤差主要由恒流源、AD真有效值轉換、雙積分ADC 器件等幾個方面所帶來的誤差。AD 真有效值轉換，在誤差允許的范圍內可以將所測交流電壓轉換成對應的真有效值，但不可避免地受到環境溫度的影響，造成轉換時可能引起誤差；由于環境溫度的改變，在用恒流法測電阻時，會引起恒流源不為一個定值，導致所測電阻流過恒流源所產生的電壓有所偏差，特別是在測小電阻時，插槽與被測小電阻之間的接觸電阻會引起測量的較大誤差；雙積分ADC 器件與前端處理電路同樣受到溫度、電磁場、工頻干擾的影響，會引起數據的不穩定。3.5 系統完善1）進一步減小進入低功耗后電流。低功耗時所消耗的電流是單片機最小系統所消耗的電流。改進的措