简易低功耗数字万用表详解.doc

简易低功耗数字万用表 烟台工程职业技术学院张晓轩潘广龙司则帅STC12LE5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强8051单片机。整个系统由A/D数据采集、功能转换、量程转换以及键盘显示等模块组成。被测信号经过功能转换电路，转换成与其成比例关系的电压，再经8路高速10位STC12LE5A60S2单片机进行数据处理,结合继电器完成量程的转换，通过12864液晶实时反映测试参数。 关键词：数字万用表 STC12LE5A60S2 低功耗 系统方案 1．1系统总体方案设计与结构框图 采用8位10路内部自带A/D转换器的STC12LE5A60S2单片机，设计一台数字万用表，能进行直流电压、交流电压、电阻、电容和温度的测量，通过按键进行测量功能转换，测量结果通过12864液晶显示。 结构框图 1．2方案设计与论证 1.2.1控制器模块 方案一：采用AT公司的AT89C51作为控制核心 ，该芯片是40位单片机资源丰富，很多模块用不到，在该系统中性价比较低。 方案二：采用STC12C5A60S2作为控制核心，能耗低，加密性强，超强抗干扰，超低功耗，I/0驱动能力更强，内部集成可靠复位电路。 综合考虑，我们采用方案二。 1.2.2 键盘输入模块 采用独立键盘控制测量档位。 1.2.3 显示模块 方案一:采用LED数码管显示。数码管显示具有亮度高、夜视效果好等优点，但显示信息量小，且自身功耗较大。 方案二：12864点阵LCD液晶显示。LCD液晶可轻松实现字母、汉字、图像等的显示，液晶体积小，功耗低，控制简单。 我们需要显示内容较多，所以采用方案二。 1.2.4 电源模块 方案一：采用开关直流稳压电源。开关电源功率大，效率高，但是纹波大，价格相对较高。 方案二：采用7805和7905双电源输出，此电源很容易发热，且输出不稳定。 方案三：采用线性直流稳压电源。用7660s这个芯片直接将9v电源转换为我们需要的电压值，可提供正负5v的电压，线性稳压电源制作简单，输出稳定，性价比较高。 综合考虑，我们选择方案三。 1.2.5直流电压测量模块 测量直流电压，我们直接选用的方法是用三极管控制继电器的方式自动切换量程，当待测电压小于5v的时候，直接接到单片机的AD口上；当电压大于5v的时候，继电器吸合，切换到大量程，再进行检测。 1.2.6 交流电压测量模块 方案一：热电偶测量法。热电偶测量法是根据交流有效值的物理定义来实现测量的，利用热电偶电路平衡原理通过两端的电势比较得到有效值。但热电偶转换线性度差，且热电偶具有配对较难、响应速度慢、负载能力差等缺点。 方案二：交流整形电路。采用AD637集成真有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，再对直流电压进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小，工作稳定可靠，故采用此种方案。 1.2.7电阻测量模块 方案一：直流电桥测量法。直流电桥又分直流单电桥和直流双电桥。采用这两种方法测量时很多操作需要手动，并且对元件精度要求高，通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以实现数控，但数字电位器的每一级步进电阻值不确定，调节困难，用单片机处理计算杂复并且测量时操作不便。 方案二：电阻比例法。电阻比例法采用如图1 所示的双斜积分式A/D转换器电路，可实现电阻—数字的转换。 此方案由于在电阻上Rx、Rs 中流过相同的电流，因此不需要精密的基准电流，但需要计数器和精密时钟发生器且电路复杂处理难度大。 方案三：通过单片机自带的AD转换，将带测电阻的问题转化为待测电压的问题，确定基值电阻，然后再通过三极管控制继电器，确定量程。该方法操作简单，可操作性强，故采用此方案。 1.2.8 电容测量模块 方案一：容抗法测量电容的原理是先用400MHz正弦波信号将被测量电容Cx变成Xc抗，然后进行C/U转换，把Xc转换成信号电压，再经过AC/DC转换器取出平均值电压，最后送至A/D转换器。 方案二 ：利用555震荡电路电容的充放电时间，确定电容的大小。此方法电路简单，计算方便，故采用此方案。 1.2.9 温度测量模块 由于设计要求选用2线温度传感器PT100，所以对此搭建外围电路，检测温度。 1.3选用器件的依据与理由 该系统的设计使用了3个器件分别是STC12LE5A60S2单片机、液晶12864显示、LM358放大器。 （1）STC12LE5A60S2单片机：STC12LE5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K