5位半台式数字万用表的研究与设计

摘要

电流、电压、电阻、频率、温度、压力、流量、流速和开关量都是生产和生活中常用的主要被控参数。其中，电流、电压、电阻和频率更是越来越重要。这样，做为测量用的万用表的地位就显得举足轻重，特别是高精度的万用表更是发挥着极其重要的作用。 本论文主要研究并且设计一种高精度的数字式万用表。具体测量方法是采用单片机系统对信号进行采集和控制。单片机系统包括MSP430处理器、SPI接口、真有效值转换芯片AD536、模数转换器AD7711、掉电保护和复位以及显示电路等。具体方法是使用模拟电路对各种电信号进行数据采集，经过放大电路和滤波电路之后进行A/D转换，转换后的数字值送进单片机进行数据处理，同时显示出来。其中软件使用IAR编译环境进行C编程，采用模块化的设计方法，从而实现了各种电信号的控制算法模块，数据采集模块、双处理器联机模块和键盘扫描模块。为了测量的准确，在设计时对于频率的测量与其它三路信号分开进行，采用单片机和CPLD结合的方法进行设计，并且将低频和高频部分分开进行测量。 通过对所研制万用表的测试，测量精度达到了5位半。验证了上述研究和设计的可行性。为以后智能仪器的研究提供了一种新的设计思路和方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外的研究动态及发展趋势

1.2.1国外研究概况

1.2.2国内研究概况

1.3本文完成的工作

1.4本章小结

2万用表的平台设计及测量的方法研究

2.1平台组建方案

2.2电压测量

2.2.1直流电压测量

2.2.2交流电压测量

2.3电流测量

2.3.1直流电流测量

2.3.2交流电流测量

2.4电阻测量

2.5频率测量

2.6本章小结

3万用表系统硬件设计

3.1系统硬件方案

3.2数据采集接口设计

3.3电源模块设计

3.4真有效值转换电路设计

3.5.A／D转换电路设计

3.5.1 AD7711的主要特点

3.5.2 AD7711的内部结构与工作原理

3.6 MSP430系列单片机

3.6.1 MSP430系列单片机简介

3.6.2 MSP430单片机最小系统概述

3.7单片机之间的通信

3.7.1 UART模块

3.7.2 SPI概述

3.7.3单片机之间的连接

3.8显示模块

3.9各种信号测量电路实现

3.9.1直流电压和直流电流测量

3.9.2交流电压和交流电流测量

3.9.3电阻测量

3.9.4频率测量

3.10本章小结

4万用表系统软件设计

4.1软件开发环境

4.2软件设计思想

4.3软件设计实现

4.3.1系统主程序

4.3.2系统初始化模块

4.3.3双CPU联机模块

4.3.4系统监控任务调度

4.3.5 A／D转换器的采样中断程序

4.3.6频率测量程序

4.4本章小结

5误差分析与处理

5.1采样误差

5.2模拟电路的误差

5.2.1模拟开关导通电阻的误差

5.2.2多路模拟开关泄漏电流引起的误差

5.2.3采样／保持器衰减率引起的误差

5.2.4放大器的误差

5.3 A／D转换器的误差

5.3.1 A／D转换器的静态误差

5.3.2 A／D转换器速度对误差的影响

5.4小信号误差的硬件处理

5.5误差的软件处理

5.6系统调试

5.6.1硬件调试

5.6.2联机调试

5.7本章小结

6总结

6.1总结

6.2展望

致 谢

参考文献

附 录

攻读硕士学位期间发表的论文