数字式电参数测试仪.docx

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数字式电参数测试仪

2010年安徽省大学生电子设计大赛

实验报告

竞赛题目：

数字式电参数测试仪（F题）

参赛队号：

2010232

目录

一设计报告结构1

§1.1电子设计竞赛任务1

§1.2理论分析与计算1

§1.3摘要2

二系统总体设计方案2

§2.1系统控制部分3

§2.2A/D转换部分3

§2.3显示部分3

三硬件设计4

§3.1电阻测量电路、电流测量电路、电压测量电路4

§3.2测频率电路5

§3.3A/D转换电路6

§3.4LED显示电路6

四软件设计7

§4.1软件流程图7

五系统测试8

§5.1测试方法与仪器8

§4.2数据测量与分析8

六总结10

一设计报告结构

§1.1电子设计竞赛任务

设计并制作一台能测量电阻、电压、电流、频率等电参数的数字式测试仪。

§1.2理论分析与计算

1、基本要求

（1）电阻测量范围：

100Ω～100KΩ，相对误差<2%；

（2）电流测量范围：

100µA～10mA（电流源开路电压为10V），相对误差<2%；

（3）电压测量范围：

100mV～10V，相对误差<2%；

（4）频率测量范围：

100Hz～10kHz，相对误差<1%，输入信号为1V的方波信号；

（5）具有相应的功率测量功能。

（6）显示刷新周期≤2s；

2、电子设计竞赛发挥部分

（1）电阻测量范围：

10Ω～1MΩ，相对误差<1%；

（2）电流测量范围：

100µA～10mA（电流源开路电压为10V），相对误差<1%；

（3）电压测量范围：

100mV～10V，相对误差<1%；

（4）频率测量范围：

10HZ～100kHZ，相对误差<0.1%，输入信号为50mV的正弦交流信号；

（5）其它。

§1.3摘要

本文介绍了一种基于高精度恒流源采样技术的新型数字式电参数测试仪，利用微处理器实现对电阻、直流电压、直流电流、频率等电参数的测量，该系统通过ADC0809来进行A/D转化，通过LM334来采集恒流源，通过LCD来显示测量数据。

并给出了整个系统的总体设计方案，制作了样机，实际测试表明该：

数字式电参数测试仪完全满足题目规定的基本要求和发挥部分的要求。

关键字：

单片机电参数测量ADC0809高精度恒流源

二系统总体设计方案

该系统要求用单5V直流电源供电，能测量电阻、直流电压、直流电流、频率等电参数。

该系统控制系统采用AT89S52单片机，A/D转换采用ADC0809，显示部分采用LCD显示，恒流源采用LM334产生。

该系统设计方案框图如图1.1所示。

§2.1系统控制部分

本设计采用AT89S52八位单片机实现。

单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。

而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

§2.2A/D转换部分

由于该系统的测量精度要达到0.3%，普通的8位AD转换芯片无法达到这一要求，而ADC0809是16位A/D转换，线性误差仅为0.0015%，内置自校准电路，串行输出接口，可方便地与单片机配接。

同时具有功耗低，精度高，抗干扰能力强等特点，适合要求精度较高的仪器仪表。

所以该系统选择ADC0809.

§2.3显示部分

方案一：

采用八位共阳极LED数码管进行显示，利用单片机I/O口动态循环输出的方法，将相应的段码值输入，并开相应LED的三极管。

方案二：

采用点阵字符型LCD液晶显示，可以显示数字与阿拉伯字母等字

符，随着半导体技术的发展，LCD的液晶显示越来越广泛的应用于各种显示场合。

比较这两种方案，LED数码管显示清晰，成本低廉，配置灵活，与单片机接口简单易行。

综合考虑，选用LED数码管进行实现显示功能。

三硬件设计

§3.1电阻测量电路、电流测量电路、电压测量电路

通过LM334产生恒流源分4档测电阻，分2档测电流和电压。

§3.2测频率电路

一个波形通过324两级放大，再通过339电压比较器整形，由于频率接近100KHZ的时候，波形失真，频率不变，故再通过40106进一步整形。

§3.3A/D转换电路

采用16位AD转换器ADC0809进行转换，再把数据送入89S52进行处理.

§3.4LED显示电路

LEDSM4105A可以显示2行10个字符，和a~g、Dp各控制端口，工作电压为5V，并且按颜色显示也有多种，主要有红色绿色；按亮度强弱可分为超亮、高亮、普亮。

四软件设计

§4.1软件流程图

五系统测试

§5.1测试方法与仪器

仪器：

型号为MS8050的五位数字万用表、型号为HY3002D—3的稳压源,型号为YB1610HDDS的数字合成信号源、型号为TDS2012的1GHz的TEK示波器

测量方法：

电压测量方法：

用稳压源输出电压,再用5位数字万用表测量理论值，然后再用自制万用表对电压进行多组数据测量比对。

电流测量方法：

将恒流源接入测量电流的接口，用5位数字万用表测得其理论值，然后再用自制万用表对电路进行行多组数据测量比对

电阻测量方法：

先用五位数字万用表测出理论值，再用自制的万用表对电阻进行多组数据测量行比对。

频率测量方法：

先用数字信号源输入波形，再用示波器观察测量，再用自制万用表测量，进行多组数据比对。

§4.2数据测量与分析

表1电压测

理论值

100.00mv

500.00mv

1.000v

5.000v

10.000v

测量值

100.10mv

499.60mv

999.10mv

4.998

9.993v

误差

0.1%

0.08%

0.09%

0.04%

0.07%

表2电流测量

理论值

100.00uA

500.00uA

1.000mA

5.000mA

10.000mA

测量值

100.10uA

499.80uA

999.70uA

5.001mA

9.990mA

误差

0.1%

0.04%

0.03%

0.02%

0.1%

表3电阻测量

理论值

100.0Ω

500.0Ω

1KΩ

5KΩ

10KΩ

5OKΩ

5OOKΩ

1MΩ

测量值

100.2Ω

501.4Ω

998.7Ω

4998.8Ω

10.120KΩ

50.140KΩ

498.9KΩ

998.50KΩ

误差

0.2%

0.28%

0.13%

0.24%

0.12%

0.2%

0.22%

0.15%

表4频率测量

理论值

100Hz

500Hz

1kHz

5kHz

10kHz

测量值

100.01Hz

499.975Hz

1.0007kHz

5.0005kHz

10.0005kHz

误差

0.01%

0.005%

0.007%

0.001%

0.005%

计算分析：

经实际测量，与理论值比对计算，可得误差满足题目的发挥部分要求

六总结

由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项基本指标和发挥功能的要求。

在这次设计中，我们更好地学习了硬件焊接、软件编程和高精度调试等。

但是由于时间有限，我们其他的发挥功能无法实现，我们将在自己以后的学习中更加努力。