1、多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 2 页1、摘要随着科技的日新月异，电子产品发展也非常之快，在电子电路测试、家用电气设备的维修、电子仪器检修、电子元器件测量中，万用表是最普及、最常用的的测量仪表。由于它操作简单、功能齐全、便于携带、一表多用等特点，深受电工、电子专业工作者及广大无线电爱好者的喜爱。事实证明，万用表不仅能检测电工、电子元器件的性能优劣，查找电子、电气线路的故障，估测某些电气参数，有时还能代替专业测试仪器，获得比较准确的结果，基本上可以满足电工、电子专业人员和业余无线电爱好者的需要。因此，推广万用表的应用技术，实现一表多用，既符
2、合节约精神，又可以在一定程度上克服专用仪器的困难。多功能数字万用表是在电子方面的学习、开发以及生产方面应用相当广发的一种仪器工具，整机电路设计以大规模的集成模拟和数字电路组合，采用STM32F103RBT6 为核心，高精度的运算放大器，低功耗高效率的开端电源转换器，全电子调校技术赋予仪表高可靠性，高精度。仪表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、电感、电容，RS232C 接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯。仪表采用独特的外观设计，采用 OLED3.1 液晶显示器，仪表采用 220V 交流供电使之成为性能更优越的高精度电工仪表。多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一
3、组湖南理工学院信息与通信工程学院第 3 页目录1 摘要 .22 项目概述与功能需求 .53 项目论证 .63.1 总体方案论证 .63.1.1 设计目标 .63.1.2 总体设计方案 .43.2 小模块方案设计 .93.3 项目设计 .124 项目设计 .124.1 系统硬件设计 .124.1.1 测直流电流模块 .124.1.2 测直流电压模块 .144.3.3 侧交流电压模块 .164.1.4 测电阻模块 .174.1.5 测电容模块 .184.1.6 测电感模块 .204.1.7 液晶显示模块 .224.1.8 电源设计模块 .254.2 接口设计 .244.2.1 外部接口 .244.
4、2.2 内部接口 .244.3 运行设计 .264.4 系统软件设计 .264.4.1 主程序设计流程图 .264.4.2 详细设计与编码 .284.4.3 引脚说明 .294.4.4 软件系统与其他系统的关系 .304.4.5 各函数模块分析 .305 产品调试与包装 .475.1 调试 .475.2 系统数据测试 .495.3 测试结果分析 .526 项目小结 .527 致谢 .538 参考文献 .54多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 4 页9 附录 .55附录 1 原理图 .55附录 2 PCB 图 .56附录 3 器件清单 .57附
5、录 4 整机实物图 .60附录 5 小组成员信息 .63附录 6 过程监控文档 .64附录 6.1 会议记录 .64附录 6.2 工作日志 .81附录 6.3 队员总结心得 .103附录 6.4 小组管理 .110多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 5 页多功能数字万用表的设计与制作2 项目概述与功能需求1、项目设计具体内容：（1）测量分辨率高； （2）测量范围宽；（3）输入阻抗高； （4）集成度高，微功耗； （5）保护功能完善，抗干扰能力强；（6）具备全程保护功能；2、性能指标测量项目 量程 分辨率 准确度 输入电 阻 过载保护DCVACV
6、DCARC表 1 性能指标表多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 6 页3 项目论证3.1 总体方案论证3.1.1 设计目标题目要求制作多功能数字万用表，我们团队计划在性能高、精度高、功耗低、设计简洁明了以及环保的基础上，实现测量交直流电压、交直流电流、电阻、电感、电容，RS232C 接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯等功能。3.1.2 总体设计方案方案一：采用 AT89C51 单片机结合 12864 液晶作为本系统的主控 MCU 与 LCD 液晶显示部分，其优点是 AT89C51 软件调试容易，代码资源丰富，12864 液晶显示
7、字符多，能够显示必要的数据与字符。缺点是 AT89C51 内部没有集成 ADC 外设，需要外扩 ADC 芯片，并且 12864 液晶功耗和体积都较大。方案二：采用 STM32F103RCT6 为主控，结合 1602 液晶作为本系统的主控 MCU与 LCD 液晶显示部分，其优点是 STM32F103RCT6 内部外设丰富，集成了 12 位的ADC， OLED 液晶体积小。缺点是软件开发较 AT89C51 要难，1602 液晶显示的字符数有限。结合毕业设计的一些功能需求和学习的目的，我采用方案二作为毕业设计的系统总体方案，原因是 STM32F103RCT6 资源丰富，能够很好的满足系统所需要的硬件
8、资源，我希望通过努力学习掌握该 MCU 的使用方法以达到学习的目的，同时考虑到这次毕业设计的功耗、整机的体积不大和显示的字符不多，OLED3.1 液晶正好能够满足系统需求，所以我认为采用方案二是比较合理的。多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 7 页STM32F103RCT6 参数介绍：Controller Family/Series: STM32F存储器容量,RAM: 20KB计时器数: 4封装形式: LQFP工作温度范围: -40C to +105C针脚数: 64SVHC(高度关注物质): No SVHC (18-Jun-2010)工作温度
9、最低: -40C工作温度最高: 105C串行通讯: 2xSPI, 2xI2C, 3xUSART, USB, CAN位数: 32器件标号: (ARM Cortex) STM32存储器类型: FLASH定时器位数: 16封装类型: 剥式接口类型: CAN, I2C, SPI, UART, USB时钟频率: 72MHz模数转换器输入数: 16电源电压 最大: 3.6V电源电压 最小: 2V芯片标号: 32F103RB表面安装器件: 表面安装输入/输出线数: 49闪存容量: 128KB总流程图如图：多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 8 页待测信号表
10、 笔选择选择档位选 择 功 能STM32液晶显示多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 9 页图 1 总原理图3.2 小模块方案设计：1.测直流电压部分：方案一，采用芯片 NE5532，一种双运放高性能低噪声运算放大器，通过放大信号输出所需信号。方案二，采用芯片 TLV2472，也是一种运算放大器，通过放大信号输出所需信号。方案比较：芯片 NE5532 需要双电源供电，总设计中受 9V 电池供电限制，9V 变为正负 5V，功耗会很大，芯片 TLV2472 是一种高性能低噪声运算放大器，所以采用方案二。原理流程如图：图 2 测直流电压流程方框图2.
11、测直流电流部分：测直流电流的原理跟测直流电压原理相似，都是通过运放，放大所需型号，再输出信号，所采用的芯片一样方案也是跟测直流电压的一样，所以也是采用芯片TLV2472 为核心。原理流程如图：图 3 测直流电流流程方框图3.测交流电压部分：多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 10 页方案选择，所采用的芯片跟测直流电压和电流的一样，根据模块的统一所以也采用芯片 TLV2472，输入信号经过分压整流再通过芯片，经单片机出去。原理流程如图：图 4 测交流电压流程方框图4. 测电阻、电容部分：方案选择，是通过 RC 震荡电路测量电容，通过频率计算出电
12、阻，通过示波器观察频率计算出电阻，所以采用 555 定时器，方便性能高，原理流程如图： 图 5 测电阻、电容流程方框图5.电源部分：电源要求采用 9V 电池供电，所以只能通过开关电路或是稳压电路将 9V 转为相应需要的工作电压 5V 和 3.3V。方案一，采用 LM2736 芯片将 9V 电压稳压到 5V，再将 5V 电压稳压到 3.3V。多功能数字万用表设计与制作 电信 12-1BF 第一组湖南理工学院信息与通信工程学院第 11 页方案二，采用 LM2576 芯片通过开关电路将将 9V 电压转到 5V，再通过 LM2576芯片通过开关电路将将 9V 电压转到 3.3V。方案比较，方案一功耗大
13、，转化效率比方案二低，噪声也较方案二的要大，由于方案二 LM2576 有几种型号，其电路已经集合在其内部，只要简单的外围滤噪声已经稳压的保护电路，并且不同型号的外围电路可以一样，LM2736T-5.0 可以直接将 9V 转化为 5V，LM2736T-3.3 可以直接将 9V 转化为 3.3V，所以采用方案二来设计制作电源部分。3.3 系统组成本系统以 MSP430G2553 作为核心，分电源，测电阻，测电容，测直流电压，测交流电压，测直流电流，测二极管等几个小模块，主要工作是通过单片机的控制将各模块的输入信号按照预定的算法进行运算后从而在我们采用的 LCD12864 液晶上显示，显示内容为正在进行的测量模块提示字符以及测量的实时结果。功能方框图如图所示：图 6 系统方框图
