基于MSP430单片机的多功能数字万用表设计①
汤莉莉1 黄伟2
【摘 要】本文全面、深入、系统地介绍了数字万用表的系统设计与研究。设计中采用了美国TI公司生产的高性能单片机芯片MSP430F149。整个系统结构由MSP430F149外加一些外围元件构成,驱动LCD液晶显示,然后再与参数转换电路相连。文章主要介绍了MSP430F149的性能特点、内部结构、输入输出数据及一些功能和原理。整个设计包括硬件电路设计及软件设计。硬件电路设计包括处理器、外部设备元件的选择、参数转换电路设计及电源设计,而软件设计则主要是实现仪表的各功能的控制。 【期刊名称】科技创新导报 【年(卷),期】2012(000)026 【总页数】2
【关键词】数字万用表 MSP430F149 单片机
1 数字万用表的工作原理
数字万用表的最基本功能是测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、温度、电容及频率,其基本组成见图1。
通过功能量程的选择把被测物理量连接到相应的参数转换电路上,经过电路转换成电压或频率使单片机能够直接测量,单片机通过拨位开关得到被测物理量的类型,再通过cpu计算出被测物理量的大小,然后控制液晶显示测量结果。
2 MSP430F149芯片简介
MSP430F149单片机是美国TI公司推出的16位高性能单片机,具有丰富的片内资源,包括时钟模块、捕获/比较模块、Flash模块、看门狗定时器模块、定时
器模块、以及通用I/O口模块等。
3 参数转换电路
3.1 直流电压测量电路
直流电压电路如图2所示,可选择3个档位0～3V,0～30V,0～300V。通过电阻分压把被测电压调整到AD的量程(0～3.3V)内。本设计AD转换使用单片机片内集成AD,AD参考电压为3.3V。图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定[1]。
电阻计算：由于电压表要求接到电路上时对电路的电压影响要下,所以输入阻抗越大越好,本设计选择输入阻抗Ro=10M。 3.2 直流电流测量电路
测量电流的原理是根据欧姆定律,用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压,再进行测量,被测电流Ii=Ui/R,Ui=IiR。从图3可以看出,测量电路图中有2A保险丝管,电流过大时会快速熔断,起过流保护作用,由于测量电流是可能会有大电流通过采样电阻所以要考虑采样电阻的功率,所以R4采用1W的电阻,R3、R2采用2W的绕线电阻。图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定[2]。
各档分流电阻的阻值是这样计算的,先计算最大电流档的分流电阻R4,再计算下一档的R3,,依次可计算出R2和R1。 3.3 电阻测量电路
数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法,其电阻测量电路见图4。由稳压芯
片提供测量基准电压3.3V,流过标准电阻Ro和被测电阻Rx的电流基本相等,数字表头的输入阻抗很高,其取用的电流可忽略不计,图中1M电阻和104电容组成低通滤波器可以滤除表笔与被测物体接触时产生的高频信号和空间的电磁干扰使得测量结果更加稳定。A/D转换器的测量电压 1u和测量基准电压 2u具有如下关系：
电阻计算：当被测电阻阻值在200Ω以下是用100Ω的电阻做分压电阻, 以此类推
可计算出 12345,,,, RRRRR 。 3.4 交流电压测量电路
交流电压测量是通过二极管1N4007把被测电压进行半波整流,再通过分压电阻把电压降低,再通过电阻和电容组成低通滤波器滤成直流,再经过AD转化成数字值,再经过cpu计算出电压有效值,由于1N4007是普通整流二极管,反向恢复速度较慢所以不能测量高频交流电压[3]。
电阻计算：为了使200V档的分压比为100左右所以R1取9k;750V档的分压比为300所以 R2取3k;(图5) 3.5 温度测量电路 (1)LM35简述
LM35系列是精密集成电路温度传感器,其输出的电压线性地与摄氏温度成正比。因此,LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器优越感得多。LM35系列传感器生产制作时已经过校准,输出电压与摄氏温度一一对应,使用极为方便。灵敏度为10.0mV/℃,精度在0.4～0.8℃(-55～+150℃温度范围内),重复性好,低输出阻抗,线性输出和内部精密校准使其与读出或控制电路接口简单和方便,可单电源
基于MSP430单片机的多功能数字万用表设计
