自动量程万用表设计方案

2012-01-04 09:32:56来源: 互联网

  一、设计目标:4 1/2万用表(19999), 最小分辨率6微伏,自动选择量程。

  二、功能设计要求(量程范围):

  直流电压(DCV)―― 200 mV 2V 20V 200V 1000V

  交流电压(ACV)―― 200mV 2V 20V 200V 700V

  直流电流(DCA)―― 2mA 20mA 200mA 20A

  交流电流(ACA)――2mA 20mA 200mA

  电阻(OHM)――― 200 2K 20K 200K 2M20M

  三、主要芯片:MSP430FE42X

  四、操作方式:按键――DCV按键,ACV按键,DCA按键,ACA按键,OHM按键

  五、原理框图

  当进行AD测量时,MSP430FE42X可以选择外部参考源,也可以选择内部参考源。

  这里在测量电压和电流时,选择内部参考源1.25V,这样,当外部待测电压为0.625V时,AD采样值为65535,当待测电压为-0.625时,AD采样值为0。由于设计的最小量程为0.2V,故需要将其放大到0.625V,使其满量程,然后根据显示的位数进行转换即0-20000对应0-32767。实际的最小分辨率是0.2/32767V=6微伏。

  当待测电压大于0.2V时,必须进行分压处理,一般采用10倍的分压器,例如2V时降至0.2V等。电压分压器如图1所示。





图1 电压分压器

  同样,在测量电流时,也要进行处理,使电流变为电压,然后才能测量。电流的测量原理图如图2所示。




图2 电流分压器

  请注意,图2中右边的20A输入是直接接入的,当然也可以加上一个20A的保险丝。

  以上是测量直流电压或直流电流的情况,当要测量交流电压或交流电流时,必须进行整流,整流电路如图3所示。


图3 交流整流电路

  AC/DC转换电路由同相放大器A1、整流管D2和D3、隔直电容C18和C19、平滑虑波器R22和C22等组成,R24是校准电阻器。该电路可以得到输入正弦波的有效值。D1用于减少非线性失真。

  电阻的测量与电压和电流的测量不同,原理图如图4所示。




电阻测量采用的是比例法,即当流过待测电阻和参考电阻的电流相同时,Uin/Uref=Rx/Rref,根据FE42X的AD转换特性,当输入电压时参考电压的一半时满量程,亦即当待测电阻是参考电阻的一半时满量程。故200欧姆档的参考电阻是400欧姆,假设待测电阻是100欧姆,由于此时通过参考电阻和待测电阻的电压是1.23V,所以参考电压是1.23*(400/500)V,而输入电压是1.23*(100/500),又当输入电压是1.23*2/5时满量程,故现在的AD值是满量程的一半-100欧姆。当然,此时的AD是要经过量程的转换即0-20000对应0-32767。

  六、实际实现电路的简要分析:

  1、直流电压测量:

  待测电压通过分压器,在各个分压电阻上产生不同的电压值,此时要根据待测电压大小来确定输入单片机的电压,这里通过HC4051来对待测电压进行分压选择。由于待测电压可能高达1000V,因此选择松下的PHOTORELAY(其输入高达1000V)作为分压的输入端。当选择了合适的分压电压后,该电压由TLV2211组成的放大电路进行放大约3倍左右(使AD采样满量程),然后进行量程转换(0-20000对应0-32767),便可以得到待测电压值。

  2、交流电压测量:

  交流电压测量跟直流电压测量共用一个分压器,经过分压后,待测电压由TLV2211组成的交流整流电路整流后再进入放大电路进行测量。

  3、直流电流测量:

  由于待测电流高达200mA,一般的模拟开关可以通过的电流较小,故选用AQV201(40V时负载电流500mA)做电流选择,待测电流经分压后进入放大电路,然后再送入AD。

  4、交流电流测量:

  交流电流测量跟直流电流测量共用一个分压器,不同的是,分压后还要进入交流整流电路,然后再进入放大电路,最后送入AD。

  5、电阻测量:

  电阻测量电路选用内阻很小的MAX4638模拟开关来接入不同量程的参考电阻,从而测得待测电阻的阻值。AD采用的是外部的参考电压,该参考电压通过减法运算电路得到参考电阻上的电压后送入参考端,而待测电阻上的电压则直接送入测量端。

  6、最后:

  由于MSP430FE42X的输入阻抗为500k,故在AD输入端外加一个跟随器,以提高它的输入阻抗

关键字:自动量程万用表

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0104/article_4350.html
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