数字式电参数测试仪的设计报告.doc

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1、数字式电参数测试仪的设计报告摘要根据设计任务与要求，该设计的控制部分以STM32f103RBT6单片机为主控芯片，利用其单片机内部自带的12AD模/数转化器读取外部输入的电压值，经最小二乘法处理后，可以使所测的电压值满足设计的要求。因为经处理后可以得到比较精确的电压值，因此可以将电阻的测量以及电流的测量转换为对电压的测量，然后通过数学公式求出电阻值和电压值。对于电阻的转换，可以采用串联分压的原理进行转换，同时为了精确度，可以根据所测电阻范围的变化用继电器选择不同的分压阻值，从而提高精确度。对于电流的测量，可以通过测精度已知电阻两端的电压值的方法，根据

2、欧姆定律求得电流值。对于频率的测量，由于题目所给的方波的峰值为1V，因此需要通过一个比较器358放大输入方波的峰值，便于单片机的检测，由于单片机内部时钟可以倍频到72MHz，所以经过比较器后的输入信号可以被单片机所采集并测出频率。对于功率的测量，由于已经测出电阻两端的电压值，所以根据功率计算公式P=U*U/R得到功率值。关键词：STM32f103RBT6，12位AD转换器，模拟开关，目录一．系统方案1.1控制芯片的选择与比较方案一：STM32单片机STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。ST

3、M32f103RBT6有DMA，2个12为ADC（16通道），4个16位定时器，51个可用IO口。STM32芯片用3.3V供电。STM32f103RBT6的这些配置安全可以满足该系统的需求。这些配置无论到哪里都是很不错的，更重要的是其价格较低，为18元左右的零售价。也是市场上32位单片机的主流。方案二：STC12C5A60S2单片机STC单片机是51单片机的一种，内部自带8通道的10位ADC，3个16位定时器/计数器，32个可用IO口。以5V电压供电。拥有灵巧的8位CPU，并且价格低廉。由于该系统用于测量电参数，对于各个量的测量精度都有很高的要求，并

4、且题目中要求刷新周期为2S，因此需要AD转换周期短，而STM32单片机在这方面比STC单片机更合适。而这些参数的关键就是所测电压值的精确性，因此我们选择拥有多通道的12位ADC的STM32单片机1.2测电阻方案的选择与比较：方案一：串联分压原理VRxR0图1串联电路原理图根据串联电路的分压原理可知，串联电路上电压与电阻成正比关系。通过测量Rx和R0上的电压。由公式Rx=V*R0/Ux-R0方案二：利用直流电桥平衡原理的方案图2电桥（其中R1，R2，为可变电位器，R3为已知电阻，R4为被测电阻）根据电路平衡原理，不断调节电位器，使得电表指针指向正中间。

5、由R1*R4=R3*R4.在通过测量电位器电阻值，可得到R4的值。方案三：利用555构成单稳态的方案图3555定时器构成单稳态根据555定时器构成单稳态，产生脉冲波形，通过单片机读取高低电平得出频率，通过公式换算得到电阻阻值。由f=1/[(R1+2R2)*C*In2]得到公式：R2=1/2*[1/(f*c*Ln2)-R1]上述三种方案从对测量精度要求而言，方案二需要测量的电阻值多，而且测量调节麻烦，不易操作与数字化，相比较而言，方案三还是比较符合要求的，由于是通过单片机读取转化，精确度会明显的提高。而方案一的原理简单，操作简单，成本低廉，而且由于12

6、位的ADC可以在很大程度上弥补方案一精度低的缺陷。故本设计选择了方案一，并且通过模拟开关的转换来改变已知电阻值的大小，以满足整个范围内测电阻的精度要求。1.3测量电流值的方案的选择与比较方案一：霍尔传感器测电流法霍尔传感器由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。方案二：转换电压测电流法通过一个高精度、小阻值的电阻直接串联进电路对电流进行采样，将电流转换为电压进行测量。再由欧姆定理进行转换。上述两个方案相比较，方案一其优点是不与被测电路发生

7、电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率。但是霍尔传感器比较适合大电流的测量，而对于题目中所给的小电流的测量在精度上将有所下降，且不易测量。方案二电路简单，容易实现，且成本相对于方案一大大减小。虽然方案二精度比方案一差，但是主控芯片内置的12位A/D很大程度上解决了这个问题，故本设计选用了方案二。1.4测量电压值的方案本设计采用了分压法测电压。分压法具有电路简单，操作方便的特点。1.5信号放大方案的选择与比较方案一：运用模拟电路知识，运用三极管或莫斯管搭建放大电路。方案二：采用集成放大芯片对信号进行放大。方案一相对于方案二更节约成本，但是电路太过

8、复杂，且稳定性不好。所以本设计采用方案二对信号进行放大。选用的是ad620集成运放芯片。这款芯片的特点是低功