1、用感光板制作电路是制作PCB板最易于学习的方法,但是感光板价格相对较高,制作步骤较多,曝光、显影等过程要求较高,很需要经验,并且制作双面板难度相当大。3)、用刻板机刻板所需过程较少,价格低,但是需要非常多的经验,容易将板刻坏,制作板所耗的时间长,不适于大批量制板。4)、用热塑机制板电路漂亮美观,整齐,易于操作,价格较低,制作过程中出错易于修改,制作双层板方便。5)、将电路送交厂家制作电路板电路美观,保存时间最长,最不易出现短路,开路等故障,但是价格非常高。综上,我们采用热塑机制板。2控制器要测电阻、电容、电感的值的大小,并且要能够自动切换量程,不用一个微处理器,电路可能会非常之复杂,制作成本也
2、会很高,为了简化电路,降低成本,并且使该表具有更大的灵活性,我们决定采用单片机来作为总控制器,协调各个模块的工作,使系统有条不紊地进行各项测量工作,并将结果准确无误的显示出来。市场的的单片机种类繁多,功能各不相同。8051系列的单片机以其价格低、功耗低的优势,深受青睐。宏晶又推出新一代STC系列单片机,运算速度是普通8051单片机的12倍,其中就有STC5410,这款单片机已经可以完全满足需求。该单片机的最小系统如图表2所示:图表 2图表 33切换电路用户选择不同档位时,单片机的AD口会接收到不同的电压,单片机根据电压的不同从而确定用户是选择了哪一个档。电路图如图表3所示:4供电电路在我们的万
3、用表中,各种各样的器件都需要稳定的不同的电源供给,而我们可用的电压只有,为了得到这些不同的电压,我们自己搭建了几个稳压电路。I、5V电压在实际中使用很广泛的是7805芯片,在此我们选用该芯片提供5V电压。I I、-5V电压我们采用7660来提供-5V电压I I I、12V电压由于我们可用的电压只有一种,如果直接从15V稳压到5V,不仅稳压效果不好,而且7805会严重发热,甚至芯片被烧坏。为此,我们采用多级稳压,先将15用7812稳压到12V在将12V电压稳到5V。稳压模块的电路图如图表4 图表 45电阻测量电路对于电阻的测量,人类过去的几百年的历史中,总结出了许多种方法。对于不同阻值的电阻,为
4、了达到较高的测量精度,也有不同的测量方法,比如:分压法、伏安法,恒流源测小电阻法,小电流测大电阻法。对于常见阻值的电阻(100,我们采用最常见的分压法;除此,我们的万用表还增加了可以测量小电阻的(以下)的功能。1)一般电阻测量对于一般电阻,我们采用分压法,将待测电阻和基准电阻串联起来,再将基准电压加在两者之上,用ADC测量待测电阻分得电压值,则待测电阻为ADC值,ADC的满量程值,基准电阻的函数 (1)a)基准电压的获取MC1403可以产生2.5V的基准电压,只需在产生的基准电压的基础上用变阻器进行分压,即可得到2V的基准电压。b)自动切换量程在电阻的测量过程中,待测电阻阻值越接近基准电阻阻值
5、,所测得的结果就越准确。所以为了使各个量级上的电阻都测得比较准确,在测量过程中需要切换量程,也就是采用不同的基准电阻。电阻切换电路需要在导通时电阻很小,断开时电阻很大,以避免对基准电阻产生影响。综合各方面的因素,切换电路采用电磁继电器。其在导通时电阻只有几十毫欧,断开时电阻无穷大,很符合要求。电磁继电器需要用达林顿管来驱动。其切换控制电路如图表5图表 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来控制达林顿管以节省IO口的开销。如图表6所示图表 6c)ADCADC的选取直接关系到电阻测量值的准确性。ADC通常有8位,10位,11位,16位等等精度。8位精度误差4%左右,10位在0
6、.1%左右,11位在0.05%左右,16位在0.0015%左右。精度越高,价格越高。本设计的目的是使精度在1%以内,则8位AD达不到要求,16位AD则没有必要。14433是一种常用ADC,经常用于制作仪器仪表制作中,精度高,并且可以直接驱动数码管显示,输出接口方便。本设计就选择14433作为ADC。其电路图如图表7所示图表 72)小电阻测量对于小电阻,如果采用上述相同的测量方法,由于系统的输入电阻的影响,会有较大的误差。所以对于小电阻,采用通电流的方法。即把一已知大小的电流I加在待测电阻上,将电阻电压采用差动输入的方式进行放大n倍,再把放大后的电压值用ADC转化为一个整数值输给单片机。假设单片
7、机满量程的整数值为,基准电压为则(2)电路图如图表8图表 8对于恒流源,我们采用的是将基准电压加在一变阻器上,用两只精密放大器组成电流源。如图表9图表 96电感测量电路电感的测量也有比较多的方法,常见的有阻抗法、振荡测频率法。阻抗法的操作较为复杂,对电路要求高,测量精度较低。振荡测频率法是采用三点式谐振电路来使电路发生谐振,对产生的正弦波进行整形,形成方波,再通过单片机对整形之后的信号进行频率测量,根据频率的大小,基准电容的大小,则可得电感值的大小=(3)待测电感和基准电感的差距越小,测量就越准确,因此对于不同电感值电感,应当采用不同的基准电感。电路的切换仍然用继电器来控制,在此为避免重复,继
8、电器部分不再重述,和切换电阻的方法是完全一样的。为了简化电路,我们采用两个量级的基准电感10mH和10。电路如图表10图表 10理论上,以上测量是比较准确的,但是,也存在非线性的误差,即用公式三计算出来的结果不是完全准确的,并且,随着待测电感和基准电感差距的增大,误差累积增大。如图表10图表11实验证明确实如此。误差可以达到50%左右。对此,我们可以用软件进行修正。这一点将在软件部分里面有详细的说明。如图表117电容测量电路对于一般的电容电容的测量方法也很多。常见的有脉宽法、充电测电压法、充电测时间(频率)法、容抗法、振荡测频率法等等。利用待测电容和74LS14组成多谐振荡器,使施密特触发器不
9、断翻转,输出端就可以得到一个一定频率的方波信号。不同的电容得到的方波频率不同,且电容的大小同频率成正比。所以,我们可以测基准电容的振荡频率,再测出待测电容的振荡频率,则(4)电路如图表12所示图表 128、显示电路为了将测得的值准确地显示出来,我们加入显示模块。1)、普通表头普通表头根据通过电流大小形成一定的偏角,来显示被测值的大小,使用简便。但是,我们的测量系统几乎都是数字量的,故普通表头不合适。并且普通表头读数不可能非常精确。2)、LED数码管显示数码管结构简单,原理易懂,价格低廉,广泛地使用于许多家用电器。但是,数码管显示内容单一,占用处理器资源较多,功耗较大。3)、LCD液晶显示器LC
10、D液晶显示,可以显示数字或字符,采用串行方式,不会占用太多单片机引脚,功耗较低。但是价格较高。综上,我们的显示模块采用价格较低的液晶显示1602。四、软件1)自动进入待机状态长时间检测到输入无明显变化时,说明用户长时间没有进行操作,单片机进入低功耗模式,以节省电源。2)电阻测量测量: 用户首先选择电阻档,将电阻插入电阻测试插槽。单片机被唤醒,并选用10K电阻进行估测。因为10K电阻是中量级电阻,测得所有误差都比较准确,故用和估测。再根据测得的数值选用合适的测量电路。如果电阻大于20,则采用合适的基准电阻进行测量;如果电阻小于20,就采用小电阻测量电路进行测量。然后将测量的结果用液晶显示出来。程
11、序框图:图表132)电感的测量软件校正:理论上,我们是假设并且认为是常数。然而实际上随着频率的改变电容值会改变,也就会改变,所以和f的关系如图 为了消除这种系统误差,我们采用分段线性的方法,在不同的段落采用不同的值就可以大大提高测量精度。为此,我们将电感测量电路调试好以后,找来不同的量级的基准电感进行测量,从而确定不同段落的。这样,精度就大大提高了。利用单片机的计数功能测出单位时间内单片机接收到的脉冲数,再根据脉冲数确定值,从而计算出电感值。图表143)、电容的测量:用户首先选择电容档,将电容插入电容测试槽。电路开始工作,单片机先通过控制继电器,选通基准电容,测出振荡频率然后单片机选中待测电容
12、,测出,单片机根据式(4)可以计算出待测电容容值,并用液晶将其显示出来。图表15五、设计效果经过测试,我们可以测量100-1M,误差在0.5%以内;可以测量1-20的小电阻,误差在5%以内;可以测量1003.4 误差分析本系统误差主要由恒流源、AD真有效值转换、双积分ADC 器件等几个方面所带来的误差。AD 真有效值转换,在误差允许的范围内可以将所测交流电压转换成对应的真有效值,但不可避免地受到环境温度的影响,造成转换时可能引起误差;由于环境温度的改变,在用恒流法测电阻时,会引起恒流源不为一个定值,导致所测电阻流过恒流源所产生的电压有所偏差,特别是在测小电阻时,插槽和被测小电阻之间的接触电阻会
13、引起测量的较大误差;双积分ADC 器件和前端处理电路同样受到温度、电磁场、工频干扰的影响,会引起数据的不稳定。3.5 系统完善1)进一步减小进入低功耗后电流。低功耗时所消耗的电流是单片机最小系统所消耗的电流。改进的措施是利用LDO器件代替原来所使用的普通稳压芯片。2)量程自动切换时将原来的微型继电器用耐高压型的模拟开关替换掉。可以进一步降低系统正常工作时的功耗,还可以提高系统的稳定性和可靠性及响应速度。六、总结我们的设计持续了大约有3周,查阅了大量的图书以及网络资料,从林林总总的资料中找出了真正适合我们、测量精度高、简单易行、价格低廉的设计方案。在做的过程中,发现有些现象和理论是不一样的,我们积极动脑,认真分析,找出原因,有些是我们的电路有问题,有些则是非理想之后的现象,我们每次都认真把问题解决,最终做成了我们的作品,收获很多。
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