数字式电参数测试仪.docx
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数字式电参数测试仪
数字式电参数测试仪
一、引言
数字式电参数测试仪是一种集电压表、电流表、电阻表、频率计等多种测量仪器的功能为一体的多功能测量仪表，它是我们电子测量中一个必不可少的工具。
目前，由于大规模集成电路等半导体技术的进步，数字式电参数测试仪已经实现了高性能，低价格，因此获得了广泛的应用。
虽然数字式电参数测试仪种类很多，但工作原理则是大同小异。
都是把被测的模拟量转化成数字量显示。
它主要由直流数字表DVM,他由阻容滤波器、前置放大器、模拟转换器A/D、液晶显示器LED及保护电路等组成。
在数字电压表的基础上再增加交流-直流转换器AC/DC、电流-电压转换器I/V和电阻-电压转换器Ω/V，就构成了数字式电参数仪的基本部分。
当然，由于具体结构的不同，功能的强弱不同，每种表的电路情况也就不同。
数字式电参数测试仪的最大特点是测量结果直观。
精确度高、读数准确、使用方便。
二、方案设计
方案一：
电路可以模仿数字万用表，其包括功能转换器、测量项目及量程选择开关、LCD显示，各参数通过A/D转换，最后在LCD上显示。
虽然测量精度也比较好，但换挡时不能实现自动换挡，不能实现软件可调。
频率测试也不能实现。
方案二：
采用单片机结合模拟电路，其外围电路设计与普通万用表基本相同，不同的是采用单片机控制，通过软件的数据处理可以是测量的数据更为精确，操作方便，完全实现功能智能化。
因此方案二较方案一更为有效。
最终可以确定的系统组成框图如下图所示。
其中模拟电路由电压线路模块、电流电压转换模块，电阻电压转换模块、频率电压转换模块组成，单片机程序控制A/D转换，将接受到的数据最终在数码管显示。
根据设计任务的要求，对每个框内模块的设计方案进行论证与比较。
1、直流电压测量电路方案
方案一：
可以采用电阻分压法，此法电结构比较简单，同时还易于实现，能够达到作品要求的标准。
方案二：
若是采用运算放大器缩小法，电路则是相对复杂。
输入阻抗可以精确确定为10M。
综上所述:
因为本题对输入阻抗要求不小于10M，故选取方案一，电路简单，调试也很方便。
2、电阻测量电路方案
方案一：
采用分压法，电路可以比较简单，同时调试起来也很方便。
方案二：
采用恒流源法，此法也能达到所要求的精度，同时数据处理起来更简单些，但电路会比较复杂。
综上所述：
方案一较方案二连贯性较好，且在这个系统中比方案二更为简单。
因此，选取方案二。
3、频率检测方案
方案一:
采用中小规模集成数字电路构成频率测试电路，此种方案电路构成复杂，其间众多，可靠性低，调试困难，故不选此方案。
方案二：
采用单片机最小系统实现频率计数功能，电路经过分频后最后到达单片机，可以很好的实现频率检测。
综上所分析，方案二更好，故采用方案二。
三、设计实现
1、直流电压测量电路
直流电压测量电路中直流电压共设置为2档：
100mv、1v、10v。
电压测量误差主要为A/D转换误差，小于0.2%，并且不易变化；DCV量程的取样误差则主要有分压电阻决定，分压电阻全部采用精度为+-0.1%的高稳定性精密电阻，未达到更高的精度，分压电阻可以各串联一个微调电阻器。
2、直流电流测量电路
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。
为达到更高的精确度，取样电阻可一个串联一个微调电阻器。
3、电阻测量电路
电阻挡采用比例法测量。
标准电阻R0和被侧电阻RX构成串联电路，将R0上的压降作7135的基准电压，RX的压降作输入电压。
这样只要电流确定，电压与电阻成正比，随着电阻的变化，电压也同时变化。
这样就可以测出电阻了。
4、频率测量电路
当频率大于100hz时，测频率，即在一定的闸门时间内测量被侧信号的脉冲的个数；当频率小于100hz时测周期。
电路见附录。
5、A/D转换电路
A/D转换电路用于检测得到的各项模拟量，如下图所示。
IC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。
C1,C2是积分电容。
R1,R2是积分电阻，C3是基准电容，C2和R2与7135构成时钟振荡器，R15、R3、VR1、R4构成分压器，调整VR1，可向7135提供100mv的基准电压。
积分电阻的数值有满度输入电压和积分放大器的输出电流决定。
积分放大器能以可忽略的非线性提供20uA的电流，决定该电阻值的表达式为:
5至40uA的积分放大器电流能起到良好的效果，标称的电流为20uA。
标称电容值为0.47uA。
确定积分电容值的表达式：
其中：
Iint标称值为20uA.
数码管显示部分由7135的D5、D4、D3、D2、D1脚驱动信号，再由B8、B4、B2、B1脚为转换结果BCD码输出，接着由74LS477段码数码管的驱动芯片解码，直接把数字转换为数码管的显示数字数码管显示万、千、百、十的小数点依次为D1、D2、D3、D4。
利用驱动源选择哪一位数码管的位扫描驱动信号来达到对应使该位的小数点点亮的目的。
6.软件设计
系统软件设计采用模块化设计方法。
整个系统有初始化模块、显示模块和信号频率测量模块等各种功能模块组成。
上电后，进入系统初始化模块，系统软件开始运行。
在执行过程中，根据运行流程分别调用各个功能模块完成频率测量、量程自动切换、周期测量和测量结果显示。
四、测试
1、测试方法与仪器
测量仪器清单
序号
仪器名称
型号及规格
数量
1
稳压源
DF1730SC3A
1
2
仿真机
ME-52A
1
3
数字万用表
VC9806
1
4
旋转式电箱
ZX21
1
5
双踪示波器
YB4325
1
6
烧写器
LABTOOL-48
1
7
高精度DDS信号发生器
EE1461
1
2、测试数据及测试结果
（1）电压测量数据
要求:
电压测量范围：
100mv~10v，相对误差小于2%.
测试方法：
用四位半数字万用表测量稳压源的输出电压。
调整其输出，分别用四位半万用表和本作品测试，并将所测得的数据输入表中。
电压测量数据表
稳压源输出电压值
测量值
相对误差
0.991V
0.985V
0.61%
4.962V
4.947V
0.302%
9.582V
9.562V
0.208%
（2）电流测量数据
要求：
电流测量范围：
100uA~10mA（电流源开路电压为10v），相对误差<2%.
测试方法：
调节稳压源，使稳压源输出为10v，依次串联100k，20k，1k的电阻，使实际电流输出值分别为100uA，5mA，10mA。
然后用本作品依次串连在电阻上测量，所得的数据输入表中。
电流测量数据表
实际电流输出值
测量值
相对误差
100.0uA
99.89mA
1%
5.000mA
4.966.mA
0.64%
10.00mA
9.959mA
0.43%
（3）电阻测量数据
要求：
电流测量范围：
100uA~10mA，相对误差<2%.
测试方法：
调节稳压源，试稳压源输出为10v，依次串联100k，20k，1k的电阻，使实际电流输出值分别为100uA，5mA，10mA。
然后用本作品依次串联在电阻上测量，所得的数据填入表中
电阻测量数据表
电阻箱电阻值
测量值
相对误差
100
99.96
0.7%
1.0000K
0.997K
0.7%
10.0000K
9.959K
0.44%
90.0000K
89.76
0.3%
（4）频率测量数据
要求：
频率测量范围：
100hz~10khz，相对误差<0.1%，输入信号为50mv的正弦交流信号。
测试方法：
调整信号发生器，使其输出为50mv的正弦交流信号；频率分别为200.0hz，2.000khz，5.000khz，9.000khz。
然后用本作品进行测试并将所测得的测量值数据填入表中。
频率测量数据
信号发生器输出值
测量值
相对误差
200.0Hz
199.9Hz
0.05%
2.000KHz
1.999KHz
0.05%
5.000KHz
4.998KHz
0.04%
9.000KHz
8.997KHz
0.033%
（5）数据分析
经过测试，本作品测试的电阻相对误差在（0.3%~0.7%），而设计指标要求是小于2%，已经达到指标的要求。
电流的误差在（1%~0.43%）之间，也达到相对误差<2%的要求。
在测量小电流时误差相对误差要大点，随着要测量的电流的增大，他的相对误差越小。
电压的测量范围（100mv~10v0，本设计测量的电压相对误差在（0.208%~0.61%）之间，测量电压为9.582v时，相对误差为0.208%，比测量小电压0.985v时的相对误差要大。
测量的频率范围（10hz~100khz），要求频率的相对误差<0.1%，而本作品所测得的相对误差在0.033%~0.05%之间，已经超过指标的要求，跟电压，电阻，电流所测试的数据一样，频率测量的相对误差也是随着要测试的增大而减小。
而且在测试频率为9.000khz的时候，误差只有0.033%，精确度相当高。
五、结论
本设计的相对误差均可以达到涉及的要求，同时本系统也完全实现了题目的基本要求，也基本实现了发挥部分的要求，本设计采用了最简单最合理的电路，实现了最完整最有效也最符合要求的功能。
因此，可以说本作品的制作很成功，精确度也很高。
六、总结
经过紧张的三天四夜的拼搏，同时在于小组其他成员的通力合作，团结互助，本着克服一切困难，迎难而上，越挫越勇的精神，终于完成了对数字式电参数测试仪的设计。
这次的设计比以往的设计难很多，要求也严格很多。
虽然在以前的设计中也积累了不少的理论与实际制作的经验，但着手此次设计时却感觉自己理论上与实践上的众多不足。
因为我们对数字式电参数测试仪缺乏了一些了解与认识。
但是经过几天不断的查找资料，最终确定以ICL7135为A/D转换芯片的设计方案。
本次设计不仅是我们在这两年来所学的知识的一次考验，更是让我们对电路的一些原理有了更深一步的理解，也让我们深深的认识到自己的弱处。
尤其是在设计万用表部分和测频电路部分时遇到了较大的困难。
因为这两部分不仅仅要硬件部分的设计，还要软件方面的设计，而程序的设计是我们最薄弱的一个环节。
但在指导老师的鼓励和帮助下，最终还是克服了重重困难，完成了作品的设计。
通过此次数字式电参数测试仪的设计与制作，不仅使自己在专业技能、专业知识、解决问题的能力方面得到了系统的锻炼和全面的提高，也是对自己在学校学到知识的一个总结。
七、谢辞
本论文的完成，得益于我们大学两年内的诸位老师传授的知识，使我们有了完成论文所要求的知识的积累，更得益于指导老师从论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注了大量的心血，再次对指导老师表示真心的感谢！
八、附录
附录一：
软件流程图
N
Y
附录二：
控制系统软件程序
ORG0000H
AJMPMAIN
;ORG000BH
;AJMPINTT0
ORG001BH
AJMPINTT1
ORG0030H
MAIN:
MOVSP,#50H
MOVTMOD,#15H
;SETBET0
SETBET1
SETBEA
MOV40H,#0
MOV41H,#1
MOV42H,#2
MOV43H,#3
MOV44H,#4
MOVR7,#0
MOVTH0,#0
MOVTL0,#0
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
SETBTR1
SETBTR0
G0:
LCALLXHQFS
LCALLDISP
SJMPG0
INTT1:
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
INCR7
CJNER7,#20,NEXT
CLRTR0
CLRTR1
MOVR7,#0
;MOVTH0,#0
;MOVTL0,#0
NEXT:
RETI
;CJNER7,#10H,NEXT2
;MOVR7,#0
;LCALLXHQFS
;SETBTR0
;RETI
;NEXT2:
LCALLXHQFS
;RETI
XHQFS:
PUSHACC
PUSHPSW
SETBRS1
MOVR1,#0;万
MOVR2,#0;千
MOVR3,#0;百
MOVR4,#0;十
MOVR5,#0;个
MOV30H,TH0
MOV31H,TL0
N1:
MOVA,30H
CJNEA,#27H,N10
N10:
JCN2
MOVA,31H
CJNEA,#10H,N11
N11:
JCN2
MOVA,31H
CLRC
SUBBA,#10H
MOV31H,A
MOVA,30H
SUBBA,#27H
INCR1;计数万位
MOV30H,A
SJMPN1
N2:
MOVA,30H
CJNEA,#3,N20
N20:
JCN3
MOVA,31H
CJNEA,#0E8H,N21
N21:
JCN3
CLRC
MOVA,31H
SUBBA,#0E8H
MOV31H,A
MOVA,30H
SUBBA,#3
MOV30H,A
INCR2
SJMPN2
N3:
MOVA,30H
JZN31
MOVA,31H
CLRC
SUBBA,#64H
MOV31H,A
MOVA,30H
SUBBA,#0
MOV30H,A
INCR3
SJMPN3
N31:
MOVA,31H
CJNEA,#64H,N32
N32:
JCN4
CLRC
SUBBA,#64H
MOV31H,A
INCR3
SJMPN31
N4:
MOVA,31H
MOVB,#10
DIVAB
MOVR4,A
MOVR5,B
MOV40H,R5
MOV41H,R4
MOV42H,R3
MOV41H,R2
MOV40H,R1
;MOVTH0,#0
;MOVTL0,#0
POPPSW
POPACC
RET
DISP:
PUSHACC
PUSHPSW
SETBRS0
MOVDPTR,#TAB
MOVR1,#20H
MOVR0,#40H
DISP1:
MOVA,@R0
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVA,R1
MOVP2,A
LCALLDELAY
MOVA,R1
RRA
MOVR1,A
JNZENDD
POPPSW
POPACC
RET
ENDD:
INCR0
SJMPDISP1
DELAY:
MOVR6,#10H
DELAY1:
MOVR7,#0E0H
DJNZR7,$
DJNZR6,DELAY1
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H
END
附录三：
单元电路图
电压测量电路
电流测量电路
电阻测量电路
频率测量电路
A/D转换电路
附录四：
设计总图
万用表电路
频率测量电路
升级会员 