学位论文—基于单片机实现数字万用表的设计论文.doc

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1、基于单片机实现数字万用表的设计何 佳 芬摘 要数字万用表（DMM）亦称数字多用表，是目前在电子测量和维修工作中最常用、最得力的一种工具类数字仪表。但以往数字万用表电路复杂，且实现不易，为了简化数字万用表电路，本设计选择单片机为核心。本设计的工作原理是测量时将所有测量参数值转换为直流电压值。测量参数的选择是由键盘控制电路完成的。单片机采样该直流电压值，再通过单片机内部的A/D转换将其转换成单片机所能处理的数字值，采集到单片机中，通过编写程序将该值还原为所测参数的真值，最后输送到显示和语音播报部分将其传送给测量人员。本课题的设计是用已学的电子信息工程专业的专业知识，利用单片机设计出的一款数字万用表

2、。这款数字万用表除了具有测量电阻、电流、电压、电容等功能外，还具有语音播报功能，同时能把测量的结果在LCD显示器上显示出来。关键词： 数字万用表，单片机，A/D转换ABSTRACTDigital Multimeter (DMM), also known as the digital multipurpose table, is currently in electronic measurement and maintenance work in the most commonly used, the most effective tools of a number of instruments

3、. But the past digital multimeter circuit complicated and difficult to achieve, in order to simplify the digital multimeter circuit, the design options for the microcontroller core. The design of the working principle is to measure when all measurement parameters for the DC voltage conversion value.

4、 Measurement parameters of choice is controlled by the keyboard to complete the circuit. SCM sampling of the DC voltage value, and then through the internal microcontroller A/D converter to convert SCM can handle the number of values, collected the SCM, through the preparation procedures for the red

5、uction of the value The true value of measuring parameters, transported to the final broadcast of the show and voice will be transmitted to the measurement of its staff.This topic is designed to have been used in the electronics and information engineering expertise, the use of a microcontroller des

6、ign a digital multimeter. The digital multimeter in addition to measuring resistance, current, voltage, capacitance, and other functions, but also a voice broadcast feature, and can measure the results in the LCD monitor on the show.Key words： Digital Multimeter(DMM), Single-chip micro-computer(SCM)

7、, A/D transformation 目 录摘 要IABSTRACTII1 前言31.1 课题研究的背景及意义31.2 本课题的研究现状和水平31.3 数字万用表的发展趋势41.4 本设计实现的技术指标52 方案分析与选择62.1 设计方案62.2 方案论证83 系统硬件设计93.1 凌阳SPCE061A简介93.1.1 总述93.1.2 性能93.1.3 结构概览93.1.4 芯片的引脚排列和说明103.1.5 特性113.2 系统硬件设计143.2.1 参数测量电路的设计143.2.2 键盘控制电路的设计253.2.3 语音播报和显示电路的设计263.3 电源电路的设计274 系统软件

8、设计294.1 主程序设计294.2 子程序设计304.2.1 声音功能子程序的设计304.2.2 键盘扫描子程序设计324.2.3 采样子程序设计335 系统组装与调试365.1 系统组装365.1.1 PCB制作365.1.2 元件焊接365.2 系统调试365.2.1 硬件调试365.2.2 软件调试375.2.3 综合调试375.3误差分析376 结论38参考文献39附图A 源程序40附录B 总电路图49致 谢50481 前言1.1 课题研究的背景及意义随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理数据处理以及数字信号处理（DSP）等领域。单片机凌阳的16位

9、单片机就是为适应这种发展而设计的。它的 CPU内核采用凌阳最新推出的unSP(TM)（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称unSP(TM)）。围绕unSP(TM)所形成的16位unSP(TM)系列单片机采用的是模块式集成结构，它以unSP(TM)内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。本次设计采用凌阳的16位单片机SPCE061A。数字万用表（Digital Multimeter,DMM）是用来测量电流、电压等多种电路参量和电阻器、电容器、电感器和多种元器件参数的电工电子仪表。数字万用表具有用途多、量

10、程广、使用方便等优点，是电子测量中最常用的工具，掌握万用表的使用方法是电子技术的一项基本技能。单片机运用于数字万用表的设计中，不仅提高了数字万用表的测量精度和有效性，也使数字万用表的体积大为减小、功能更为完善，使数字万用表向着小型化方向发展。这符合了现代电子技术的发展模式。与传统的模拟式数字万用表相比，数字式万用表具有很多的优点：1.显示清晰直观，读数准确。2.显示的位数多。3.准确度高。4.分辨力高。5.测试功能强。6.测量范围宽。7.测量速率快。8.输入阻抗高，过载能力强。9.集成度高，功耗低。10.保护功能完善，抗干扰能力强。11.便于携带。因此，在科研、产品设计开发、实验室中、维修等各

11、个领域得到越来越广泛的应用。1.2 本课题的研究现状和水平数字万用表是在20世纪60年代问世的，而我国的数字万用表工业起步于20世纪70年代中期，先后经历了引进、发展、技术创新3个阶段。数字万用表已成为目前在电子测量及维修工作中最常用、最得力的一种工具类数字仪表。它发展至今已有几十年的历史，从最初由电子管或晶体管等分立器件构成的，然后逐步向高精度、多功能、集成化、智能化的方向发展。目前，我国每年生产近千万台中低档数字万用表，并向100多个国家大量出口；而我国所需的高档数字万用表以进口产品为主。近年来，由大规模集成电路构成的单片数字万用表和高档智能数字万用表大量问世，标志着电子测量领域的迅速发展

12、。当今数字万用表的种类繁多，型号各异而多样化。按量程转换方式分为手动、自动量程和手动/自动量程；按用途及功能分为低档、中档、智能和双显示及多重显示数字万用表。中档数字万用表又分为多功能型、位数字万用表和语音数字万用表；智能数字万用表又分为中档和高档。现今已形成普通式、单片式和智能式数字万用表。且市场上已形成数字万用表的专用集成电路，如：A/D转换器芯片、电源集成电路、数字/模拟条图双显示数字万用表集成电路、带微处理器和串行接口的高精度数字万用表集成电路等。1.3 数字万用表的发展趋势随着单片机技术和数字万用表技术的发展，未来数字万用表的发展有以下几点主要特点：1） 广泛采用新技术，不断开发新产

13、品。电子技术的进步，往往预示着数字仪表研制水平的新突破。近年来各项新技术（如专用集成电路技术等）愈来愈被广泛应用，并且迅速转化到生产中。与此同时，仪表专用的单片LSI，VLSI也迅速推广 。2） 广泛采用新工艺。新一代数字仪表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久的将来，数字仪表将由标准化、通用化、系列化的模块所构成，给电路设计、安装调试和维修带来极大的方便。表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将获得普遍应用。到21世纪初，各类电子元器件将以SMD化为目标，近一步实现小型化、复合化、高准确度、高可靠性。3） 多重显示仪表。为彻底解决数字仪表不便于观察连续变化量的技术难题，“数字/模

14、拟条图”双显示仪表已成为国际流行款式，它兼有数字仪表准确度高，模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势这两大优点。这里讲的模拟条图有两层含义：第一，被测量为连续变化的模拟量；第二，用条图形式来模拟被测量的变化情况。多重显示仪表是在双显示仪表基础上发展起来的。此类仪表同时显示3组或3组以上的相关数据。4） 安全性。仪器仪表的安全性对于生产厂家和拥护都至关重要。一方面厂家必须为仪表设计安全保护电路，并使之符合国际标准；另一方面用户必须安全操作，时刻注意仪表上的各种安全警示。仪表的保护电路在于最大限度的减小或防止因误操作而造成的危害。将高电压或大电流输入到未加适当保护的仪表，会产生电弧，电火花，

15、容易使仪表损坏甚至危机人生安全。目前国内外厂家对安全性愈来愈重视。5） 操作简单化。手持式仪表的操作日趋简单，单刀操作，单按钮手动量程是优选方案之一。自动量程的操作键亦不断减少。为便于单手操作，福鲁克公司采用一只具有定时功能的按钮。根据按下时间的长短，可选择不同的功能，并产生声、光提升信号。6） VXI总线仪器系统。VXI是一种新型测量仪器的标准总线。VXI总线仪器系统则是面向21实际的高科技产品，它的问世给电子测量领域带来了一场深刻的革命。VXI总线及测量系统于80年代末问世，并逐步实现了全球标准化，我国90年代初开始引进，现已能自行开发主机箱和多种功能模块，并研制成不同用途的综合测试仿真系

16、统，自动测试系统。随着新技术的不断发展，将会有更多含有新技术具有新功能的万用表产品问世，我们将会密切注意万用表的发展趋势。1.4 本设计实现的技术指标本设计可以实现以下功能：电阻（02M）；电容（2nF20F）；直流电压（01000V）、直流电压（0200V）；交、直流电流（020A）；二极管好、坏；三极管放大倍数（01000）；所设计的数字万用表的显示位数为位；测量的允许误差范围为5；并能实现语音播报和数码显示功能。2 方案分析与选择数字万用表技术经过几十年的发展已经比较成熟，现在市场上出现的数字万用表型号多达几百种，但是综合来说又主要分为低，中，高三个档次，下面我将从这三个档次的万用表中来

17、做方案分析，并从中选出一种方案来作为本次数字万用表的设计方案。2.1 设计方案方案一：普通数字万用表普通数字万用表的基本构成如下图2.1所示。仪表的核心是单片A/D转换器，典型的产品有ICL7106、ICL7136型位单片A/D转换器，ICL7129、ICL7135型位单片A/D转换器。其外围电路主要包括功能转换器、测量项目及量程选择开关、LCD（或LED）显示器。此外还有蜂鸣器振荡电路，驱动电路，检测线路电路，低电压指示电路，小数点及标识符驱动电路等。 图2.1 方案一框图方案二：单片机数字万用表单片数字万用表的构成如下图2.2所示。与普通数字万用表相比，单片数字万用表的外围电路大为简化，性

18、能指标明显提高，给维修、调试工作也提供了方便。该方案以凌阳SPCE061A为核心设计，它承担了对测量采样、值转换及其挡位选择的工作，它的功能都是由其硬件和软件外加少量的外围电路来实现的。外围电路包括按键选择档位，参数测量电路，显示、播报为测量结果输出等。图2.2 方案二框架图方案三：智能数字万用表智能数字万用表是带微处理器P的高档数字仪表。其主要优点是准确度高，功能强，具有自动校准，自动测量，自动数据处理等功能，可通过RS-232或IEEE-488标准接口与计算机相连，实现自动测试及实时控制功能。智能数字万用表的简化框图如下图2.3所示。该型万用表采用一片MAX134型DMM专用芯片，配89C

19、51单片机。MAX134能提供A/D转换的所有逻辑电路和计数器、寄存器，通过附加模式选择电路来完成测量。而量程及模式选择由P设定，零读数矫正也由P完成。MAX133/134将未经零读数校正的原始数据送给微处理器，微处理器完成零读数校正，并按所选定的量程进行增益修正，然后驱动LCD显示该数据。微处理能对用户接口作出响应，控制MAX133/134选择用户所需量程，并完成上、下限自动报警及标示符的驱动。图2.3 方案三框架图2.2 方案论证方案一：此类型的数字万用表在市场上属于低端产品，其一般只能进行基本的电参数测量，如电阻、电流、电压等。一方面，其测量结果精度不高；另一方面，这类数字万用表很少有附

20、加功能。在对万用表要求越来越高的今天，这类数字万用表已经逐渐不能满足现代电子测量的要求；另外由于这类数字万用表的外围电路比较复杂而使数字万用表的体积很大而不便于携带。若选择这个方案将会使本设计变得复杂并且达不到设计所要求的技术指标。方案二：单片机数字万用表在市场上属于中档产品，也是现在比较流行和成熟的数字万用表系列。它的核心是单片机，再外加一些辅助电路。它能完成各种电参数的测量如电阻；电容、电感；交、直流电压；交、直流电流；二极管好、坏；三极管放大倍数；频率等；还可以测量温度。正是由于单片机的应用使得数字万用表的功能越来越完善、越来越强大。此类数字万用表的功能更多的是靠单片机来实现，而不是靠数

21、字电路，因此其外围电路比较简单，这就减小了此类数字万用表的体积；而且这类数字万用表的稳定性和准确度都较普通数字万用表大为提高，并带有数字显示和语音播报功能，给现代电子测量带来了极大的方便。方案三：智能数字万用表将是今后数字万用表技术发展的方向。但是由于对这种类型数字万用表的设计要求较高，无论是在硬件还是在软件方面都无法在短期内做好，所以本次设计不采用这个方案。从实现本课题所要到达的技术指标、设计成本上考虑，本设计将会选择第二种方案来实现本次设计要求，即用单片机来设计本款数字万用表，且扩展了语音功能和数字显示功能。3 系统硬件设计3.1 凌阳SPCE061A简介SPCE061A在本设计中为核心部

22、分，它承担了对测量参数采样、值转换、档位选择、输出显示和语音播报的任务。其功能都是由SPCE061A的硬件和软件配合实现。3.1.1 总述SPCE061A单片机概述SPCE061A是继系列产品（如SPCE500A）等，之后凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在储存器资源方面考虑到用户较少资源需求度，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。从而使SPCE061A的核心能够非常容易快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相比，以为核心的SPCE061A微控制器是各种实时控制模块及数字语音识别应用领域的一种最经济选择。3.1.2 性能16位微

23、处理器；工作电压：VDD为2.43.6V(CPU), VDDH为2.45.5V(I/O)；CPU时钟：32768Hz49.152MHz；内置2K字SRAM、内置32K FLASH；32位通用可编程输入/输出端口；32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)耗电小于2mA3.6V；14个中断源：定时器A/B，2个外部时钟源输入,时基，键唤醒等；具备触键唤醒的

24、功能；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路接口ICE（In- Circuit Emulator）；具有WatchDog功能（由具体型号决定）。 3.1.3 结构概览SPCE061A的结构如图3.2所示。图3.2 SPCE061A的结构3.1.4 芯片的引脚排列和说明SPCE061A有两种封装片，一种为84个引脚的PLC84封装形式，有15个空余脚，用户使用时这15个空余脚悬浮；另一种为80个引脚的LQFP80封装，有9个空余脚，用户使用时这9个空余脚接地。本次设计采用封装形式为PLCC84的SPCE061A，它的排列如图3.3所示。图3.3 SPCE061A

25、引脚排列图3.1.5 特性SPCE061A系统的特性参数如表3.1所示。其引脚功能如表3.2所示。表3.1 系统特性参数特性参数SPCE061A工作电压2.63.6V最大工作速度49.125MHzCPU16位SRAM容量2K字ROM容量（字）32K闪存ROM特性参数SPCE061A并行I/O端口AIOA15IOA0并行I/O端口BIOB15IOB0音频输出方式DAC2中断源TimerA/B时基信号发生器外部中断触键唤醒唤醒源IOA7IOA0其他中断源定时器/计数器双16位加计数定时器/计数器双通道PWM输出UART具备ADC7通道10位电压模/数转换器（ADC）和单通道声音模/数转换器（ADC

26、）串行SRAM接口具备（凌阳格式）晶振具备低电压复位具备内置ICE接口具备上电复位具备麦克风放大器和自动增益控制单通道节点功能具备中断控制功能具备触键唤醒功能具备表3.2 引脚功能表引脚名称引脚编号类型描述IOA15：86053输入输出IOA15：8：双向IO端口IOA7：04841输入输出IOA7：0：通过编程可设置成唤醒引脚IOA6：0与ADC Line_In输入共用IOB15：11IOB1OIOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB06468输入输出IOB15：11：双向IO端口。IOB100除用作普通IO端口外，还可作其他用途76IOB10：通用异步

27、串行数据发送引脚Tx77IOB9:TimerB脉宽调制输出引脚BPWMO78IOB8:TimerA脉宽调制输出引脚APWMO79IOB7：通用异步串行数据接收引脚Rx80IOB6：双向IO端口81IOB5：外部中断源EXT2的反馈引脚1IOB4：外部中断源EXT1的反馈引脚2IOB3：外部中断源EXT23IOB2：外部中断源EXT14IOB1：串行接口的数据传送引脚5IOB0：串行接口的时钟信号DAC121输出DAC1数据输出引脚DAC222输出DAC2数据输出引脚OSC3I13输入32768Hz晶振输入引脚OSC3O12输出32768Hz晶振输出引脚AGC25输入AGC的控制引脚MICN28

28、输入麦克风负向输入引脚MICP33输入麦克风正向输入引脚MICOUT27输出麦克风一阶放大器输出引脚，引脚外接电阻决定AGC增益倍数OPI26输入麦克风二阶放大器输入引脚XICE16输入激活ICE（高电平激活）XICECLK17输入ICE串行接口时钟引脚XICESDA18输入输出ICE串行接口数据引脚PFUSE29输入程序保密设定脚。接+5VPVIN20输入程序保密设定脚。接GNDXRESB6输入低电平有效的复位引脚SLEEP63输出睡眠模式（高电平激活）VREF223输出2V参考电压输出引脚VRTPAD35输入AD转换外部参考电压输入脚。它决定AD转换输入电压上限值。外部AD最高参考电压3.

29、3VVCM34输出ADC参考电压输出脚VMIC37输出麦克风电源VCP8输入锁相环压控振荡器的阻容输入XROMT、PVPP、XTEST61、69、14出厂测试用引脚，悬空即可VDDH51、52、75输入I/O电平参考。若该点输入一个5V的参考电压，则I/O输入输出高电平为5VVDD7输入锁相环电源VSS9输入锁相环地VSS19、24输入模拟地VSS38、49、50、62输入数字地VDD15、36输入数字电源3.2 系统硬件设计系统硬件设计的任务是供电、档位选择、参数测量、输出显示和语音播报。可分为六大部分：单片机、键盘电路、声音播报电路、显示电路、测量电路以及为系统提供动力的电源电路，其系统框

30、架图如图3.1所示。各部分的详细描述如下。图3.1 总电路框图3.2.1 参数测量电路的设计3.2.1.1 直流电压测量电路数字万用表的直流电压档（DCV）一般有5档：200、2V、20V、200V、1000V，基本量程设计为200。DCV测量电路如图3.2.1.1所示。由R1R5构成精密电阻分压器，总电阻为10M，可将01000V的被测直流电压一律衰减到200以下，再送至单片机进行采样、A/D转换。图3.2.1.1 直流电压测量电路3.2.1.2 交流电压测量电路交流电压的测量电路采用简易平均值AC/DC电路如图3.2.1.2所示。本次设计只有200V一个档位。D12为整流管，D13为保护二

31、极管。R39为输入端电阻，仪表输入阻抗ZR39。C10*为隔直电容。正半周时D12导通，D13截止，做半波整流；负半周时D12截止，D13导通，由D13给电流提供泄放回路。整流后的脉动直流经C15滤波，获得平均值电压。R41为滤波器负载。ACV档的测量准确度可达1.21.5。图3.2.1.2 简易AC/DC转换器200V档位的交流电压转换成直流电压电路的仿真结果如下表和图所示。输入波形频率在一定范围内对输出电压无影响。从图中，我们可以看出输入的交流电压与输出的直流电压基本成一定比例（1：1）的正比。这就达到了交流转直流的目的。但由于元器件选择不十分恰当等因素的影响，交流输入与直流输出之间有一些

32、偏差。这可以通过单片机芯片的编程来减小。最重要的是通过对单片机的编程将该输出的直流电压值还原为所测参数的真值而输送给测量人员。简易AC/DC转换器的仿真结果表3.2.1.2 200V档位的交流电压转换器的仿真表对应档位被测交流电压（Vrms）测量电路输出Uo（mV）200V109.4563029.3585049.3008079.23210099.192120119.156150149.104180179.054200199.0223.2.1.3 直流电流和交流电流测量电路直流电流和交流电流测量电路如图3.2.1.3所示。可选择的交/直电流档位有：2、20、200、20A四档。被测电流经过分流器

33、可转换成电压信号。分流器由R11R13、R2*组成，总电阻为100。其中，R11和R12采用精密金属膜电阻，R13为线绕电阻。R2*须选用电阻温度系数极低的锰铜丝制成，以承受20A的大电流。D3和D4为双向限幅二极管，能起到过电压保护的作用。熔丝管FU1为过电流保护元件。图3.2.1.3 直流和交流电流测量电路测量交流电流（ACA）时，需在分流器后面增加AC/DC转换器。直流和交流电流测量电路的仿真结果如下表和图所示。图为直流电流的仿真结果。输入的交流电流以峰值表示，其最终输出的直流电压是经过放大和AC/DC转换器的输出。输入交/直流电流值经过分流器后都被转化为200mV以内的直流电压进行输出

34、。从图和电路的仿真结果表中，我们可以看出输入的交/直流电流与输出的直流电压基本成一定比例的正比。这就达到了测量电流的目的。但由于元器件选择不十分恰当和其他因素的影响，交流输入与直流输出之间有一些偏差。这可以通过单片机芯片的编程来减小。最重要的是通过对单片机的编程将该输出的直流电压值还原为所测参数的真值而输送给测量人员。从图中，可以看到量程为2的直流电流与输出的直流电压的比例为1：100，量程为20和20A的直流电流与输出的直流电压的比例为1：10，量程为200的直流电流与输出的直流电压的比例为1：1。量程为2的仿真结果图量程为20的仿真结果图量程200mA的仿真结果图量程为20A的仿真结果图表

35、3.2.1.3 直流和交流电流测量电路的仿真表对应档位输入电流直流输出电压（mV）交流输出电压（mV）2199.8789.9022199.64820.29120549.9494.734201099.99.90215149.84415.08620199.78520.2872008079.927.8310099.99.902150149.8515.0920A10A99.99.90215A149.8515.0843.2.1.4 电阻测量电路电阻电压变换电路如图3.2.1.4所示。可测量档位选择为：2k，20k，200k，2M四档。图3.2.1.4 电阻-电压变换电路D14为2.7V稳压管，、D14组

36、成恒流源，保持LM324的3脚电压恒定不变，V3=V1=5-2.7V=2.3V，则的基极电压也不变。设的=0.5V，则V2=2.3+0.5V=2.8V。所以，的集电极电流为：其中为集电极电阻，按档位选择分别为：2.2k,22k,220k,2M。通过选择倍率开关S61-1、S17-1、S18-1、S19-1，可以得到恒定的、不同倍率的电流。的电流分别为1,0.1,0.01,0.001。根据欧姆定律：而，因为这是A/D转换器标准最大输入值，将的电流1,0.1,0.01,0.001代入上式可得被测量范围分别为2k,20k,200k,2M。图中R51R54用于调整恒流的大小。D5为保护管，当电阻档所加

37、电压过高时，D5对有保护作用。3.2.1.5 电容测量电路传统的数字仪表采用脉宽调制法测量电容，其缺点是电路本身不能自动调零，每次测量前都需要手动调零，从而延长了测量的时间。采用容抗法可解决上述问题，实现电容档的自动调零。容抗法测量电容的原理是先用400Hz正弦波信号将被测量电容变成容抗，然后进行C/U转换，把转换成交流信号电压，再经过AC/DC转换器取出平均值电压，最后送至A/D转换器。5量程数字电容表的电路图如图3.2.1.5所示。可选择的电容档位有：2n、图3.2.1.5 电容测量电路20n、200n、2u、20u五档。该电路的测量准确度为2.5。分辨力则取决于所配A/D转换器的位数。例

38、如，配3位半的A/D转换器时最高分辨力为1pF；配4位半的A/D转换器时最高分辨力为0.1pF。电路由运放IC1A、IC1B、IC2A、IC2B等组成，选用TL062、LM358型双运放各一片。由IC1B和R10、C1*、R19、C5构成文氏桥振荡器。振荡频率为取R10=R19=39.2k，C1*、C5=0.01u，代入上式中得到f=400Hz，输出波形为正弦波。IC1A是缓冲放大器，R7、R9、R15为电容表的校准电位器。IC2B为电压放大器，其特点是负反馈电阻（R26、R32R35）的阻值依电容量程而定，并且以被测电容的容抗作为运放的输入电阻。IC2B的电压增益与成反比，输出电压则与成正比

39、，从而实现了C/U转换。二阶有源带通滤波器由IC2A、R23、R24、R27、C7*和C8构成，其中心频率为将C8=0.01uF、R27=168k、R23=76.8k、R24=11k一并代入上式中，得到400Hz。有源带通滤波器只让400Hz信号通过，能滤出其他频率的杂波干扰，使IC2A的输出电压为400Hz的正弦波，再经过AC/DC转换器获得平均值电压，送至A/D转换器。以上就是容抗法测量电容器的原理。其过程可归纳为：文氏电桥振荡器C/U转换器AC/DC转换器A/D转换器。电容参数测量电路的仿真结果如下表。表3.2.1.5 电容参数测量电路的仿真表相应档位Cx的值Uo（400Hz正弦波的有效

40、值mV）AC/DC后的输出（mV）2n1n101.0059.5851.5n151.58514.6362n202.20319.70220n10n101.5839.6418n182.92417.772200n47n50.2655.546100n107.00310.184150n160.77415.545180n192.9518.7592u1u103.8849.8721.5u155.96615.072u208.30920.3220u5u506.81250.3288u812.77980.99310u1.018V101.27115u1.534V153.13120u2.055V205.05被测电容参数经过

41、文氏桥振荡器、C/U转换器、AC/DC转换器，即将电容参数值转换为直流电压值从而测量出真实的电容值。所测的电容参数值与对应的输出直流值基本成一定正比。这样测出相应的直流电压值就可知道电容参数值。但由于元器件选择不十分恰当和其他因素的影响，电容输入与直流电压输出之间有一些偏差。这可以通过对单片机芯片的编程来减小。从表中，我们可以看到量程为2n、2u和20u的输入电容值与输出直流电压的比例约为1：10，量程为20n的输入电容值与输出直流电压的比例约为1：1，量程为200n的输入电容值与输出直流电压的比例约为10：1。通过对单片机的编程将该输出的直流电压值还原为所测参数的真值即可输送给测量人员。3.

42、2.1.6 二极管测试电路VDD利用数字万用表的二极管档可以测量二极管的正向压降，测量电路如图3.2.1.6所示。其工作原理是首先把被测二极管的值转换成直流电压U，然后图3.2.1.6 二极管测试电路由200mV数字电压表测量并显示出来。由U+与接地之间的基准电压源向被测二极管提供+3.3V测试电压，使正向接法的二极管导通，正向工作电流1。其导通压降经过由R29、R30构成的分压器衰减10倍后作为A/D转换器的输入电压。3.2.1.7 三极管电流放大倍数测量电路转换器的电路如图3.2.1.7所示。测量范围是01000（倍）。晶体管图3.2.1.7 三极管电流放大倍数电路电流放大系数近似等于集电

43、极电流与基极电流之比，有公式：/。电路的特点是利用一个8芯的插座来分别测量PNP和NPN管的。测量时，基极偏置电路由固定电阻R36或R38组成。R37为取样电阻。取R37两端的电压Ui作为输出。Uo=0.1。三极管的电流放大倍数测量电路以NPN型PN4141和PNP型PN4258为例进行仿真，仿真结果如下图所示。 从图中和前面对三极管电流放大倍数的测量电路的分析可知，Ui=16.655mV。即可知NPN型PN4141三极管的电流放大倍数为167左右。 从图中和前面对三极管电流放大倍数的测量电路的分析可知，Ui=6.481mV。即可知PNP型PN4258三极管的电流放大倍数为65左右。NPN型P

44、N4141的放大倍数的仿真PNP型PN4258的放大倍数的仿真3.2.2 键盘控制电路的设计键盘控制电路如图3.2.2所示。各按键的功能如表所述。键盘作为测量参数量程的选择开关，它连动地选择各参数测量电路的量程开关和总开关S。比如当S1按下时，表示测量量程为200mV的直流电压，与此同时直流电压测量电路的开关S1-1合上、总开关S打到DCV档上。从而，对待测量的直流电压进行采样、再送入单片机SPCE061A中作A/D转换和相应处理。其他键盘的功能以次类推。图3.2.2 键盘控制电路表3.2.2 按键功能表按键测量参数按键测量参数按键测量参数S1200mVS1020AS18200kS22VS112mAS192MS320VS1220mAS20hFES4200VS13200mAS212nS51000VS1420AS2220nS6200VS15DiS23200nS72mAS162kS242uS820mAS1720k