自动量程万用表设计方案

第一篇：自动量程万用表设计方案

自动量程万用表设计方案

自动量程万用表设计方案

一、设计目标： 万用表(19999)，最小分辨率 6 μ V，自动选择量程。

二、功能设计要求(量程范围)：

直流电压(DCV)—— 200mV、2V、20V、200V、1000V ；

交流电压(ACV)—— 200mV、2V、20V、200V、700V ；

直流电流(DCA)—— 2mA、20mA、200mA、20A 1 ；

交流电流(ACA)—— 2mA、20mA、200mA ；

电阻(0HM)—— 200 Ω、2k Ω、20k Ω、200k Ω、2M Ω、20M Ω：

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

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 ． 25V，这样，当外部待测电压为 0 ． 625V 时。AD 采样值为 65535，当待测电压为一 0 ． 625V 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 μ V。

当待测电压大于 O ． 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。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 所不。

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．

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，即当流过侍测电阻和参考电阻的电流相同时，Uin ／ Uref=RxJRref，根据 FE42X 的 AD 转换特性，当输入电压为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 Ω档的参考电阻是 400 Ω，假设待测电阻是 lO0 Ω，由于此时通过参考电阻和待测电阻的电压是 1 ． 23V，昕以参考电压是 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 Ω。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 ．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雎值，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。，交流电压删量：

交流电压测量跟直流电压删量共用一个分压器，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。．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。．电阻测量：

电阻测量电路用内阻很小的 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。

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

自动量程万用表设计方案

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。

单片机课程设计心得体会

07级交流生：续衍森 江蓝晶

这次这个单片机的课程设计我们完成的不太理想，我们小组两个人都是交流生，并且不是在物理学院学习，同时选课时没有认真全面的了解这门课程的安排，导致没有选上和课程配套的实验课，一个学期也就没有做过一次实验，在后来的制作过程中遇到了很多困难，所以这次这个课程设计的作品完全是在没有任何单片机制作经验甚至是没有做过任何相关电路的基础上开始的。选题的时候其实只上了几个星期的课，对单片机能做什么或者说以我们的水平能让单片机做什么根本没有一个清晰的认识，很担心自己的选题最后做不出来，所以当时选题时的原则是尽量的简单可行，因为毕竟我们没有实验课，一学期下来必定会比物理系的同学在具体的实验方面落后不少，同时平时我们都在南新校区，与老师和同学的交流都很困难，在后来的具体制作过程中遇到什么困难几乎不可能跑到实验室去向老师请教，同时现在社会上都在大力提倡节能，于是我们打算从这点出发在我们的身边发现问题，当时我们听周围的同学说起济南的夏天白天相当的炎热，可是晚上退凉很快特别是深夜的时候温度其实已经不高了，但是同学们一般晚上睡觉都比较早，都会叫风扇一直开着最大档，可是到了深夜后已经没有必要这么强的风速了，这样一夜下来将会浪费很多电能，同时还容易把同学们吹感冒。于是我们想能不能做一个单片机系统来解决这个问题，基于以上原因我们确定了这个方案，在最初的计划中我们还准备加入对风扇转向的控制，使之能实现人体追踪功能，不过在后来的具体设计中发现现在风扇的风扇转向控制基本都是纯机械装置，要用单片机控制比较的困难，而电子控制装置一般都出现在高端的风扇之中且价格比较昂贵，而且机械部分方面我们也无法解决。所以最后决定放弃对转向的控制，等以后对机械方面的只是有所学习之后再做。

通过这次的课程设计作品的制作让我对单片机的理论有了更加深入的了解，同时在具体的制作过程中我们发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距，书本上的知识很多都是理想化后的结论，忽略了很多实际的因素，或者涉及的不全面，可在实际的应用时这些是不能被忽略的，我们不得不考虑这方的问题，这让我们无法根据书上的理论就轻易得到预想中的结果，有时结果甚至很差别很大。通过这次实践使我更深刻的体会到了理论联系实际的重要性，我们在今后的学习工作中会更加的注重实际，避免称为只会纸上谈兵的赵括。

课程设计贡献排序：这次课程设计从最初的规划到后来的理论设计到最后的具体制作都是我们两共同完成的，实在无法区分贡献排序。各取50%吧。

课程改革建议：我们强烈建议将这门课程的理论学习和实验部分合并成一门，以避免想我们这种情况的再次发生。

第二篇：吊瓶输液自动报警器技术设计方案

吊瓶输液自动报警器技术设计方案

高一（12）28池欣宁

在生活节奏飞速的今天，每个人都忙于自己的事情，在医院中，挂瓶的病人很经常没有家人或护士时刻陪伴在身边，由于大家的疏忽，可能带来的后果是病人吊瓶内的药液输完后没有及时拔除，导致血液的倒流，引起不必要的危险。因此我们就设想了这样一种“吊瓶输液自动报警器”。

功效：

及时提醒医护人员为吊瓶病人拔除针头或更换药液，防止因没有家人或护士时刻陪伴在身边，导致吊瓶内的药液输完后没有及时拔除，血液的倒流，引起不必要的危险。

原理介绍：

当病人开始输液时，护士将药瓶掉在弹簧上，开启系统开关，由于此时吊瓶质量最大，接入电路中电阻最小，电流最大，电磁铁磁力最强，将护士监控开关吸下断开。由于病人在输液过程中，输液瓶中的液体逐渐减少，因此药品的质量逐渐降低。弹簧接入电路中，相当于一个滑动变阻器，随着药瓶质量降低，滑动变阻器阻值增大，监控开关受弹力作用弹回，是电路连通。护士监控室内灯亮，鸣响，护士接到提醒为病人拔下输液瓶，断开电路。（护士可根据吊瓶质量不同，更换弹簧长度，以便在所需情况下起到警示作用）

第三篇：万用表 课程设计CC

咸阳师范学院物理与电子工程学院

课程设计报告

题目：班级：姓名：学号：指导教师：成绩：

完成日期：2014年6 月

目录

第一章 概述

第二章 万用表的电路原理

第三章

第四章

电路调试与制作总结与体会2

第四篇：万用表使用讲课稿

MF47型万用表的使用讲课稿

同学们好：

今天，我们来学习《MF47型万用表的使用》。

现在，请同学们假想一下，如果我们教室的日光灯不亮了，可能存在的故障有哪些？在正常通电的情况下，首先，同学们可能会想到是不是灯丝烧断了，在看不见灯丝是否烧断的情况，如何借助万用表来排除故障呢？今天，我们通过学习用指针式万用表测电阻的方法来解决如上问题。

来看一下今天的教学任务：教学目标：会使用MF47型万用表测电阻阻值；教学重难点：读数与正确选择档位。

大家看投影仪，这是MF47型万用表，我们先来了解一下它的外形结构，它由表头和表盘两部分组成，表头透明视窗内有表指针和各种功能测试刻度盘，从上至下依次是电阻挡刻度线，交流电压电流档刻度线等。我们来看电阻挡刻度线，它的特点是：标度尺是反方向刻度盘，左侧为“∞”，右侧为“0”，且刻度不均匀，越往左刻度越密，读数精确度越差。交直流电压电流刻度线，左侧为“0”刻度，右侧为最大值。表盘左上角为三极管放大倍数测试插座，右上角为欧姆档调零旋钮，左下角为表笔插孔，右下角为高压强电流红表笔插孔。中间的是转换开关，它用来选择各种功能测试档位和量程，比如：电阻挡、交流电压档、直流电压档等。

介绍完万用表的外形结构，我们来看一下MF47型万用表的操作步骤。测量前的准备：1.接好表笔。红表笔插入“+”接线孔，黑表笔插入“-”接线孔。2.检查万用表指针是否指零。放——应水平放置万用表；观——看指针是否处于交直流电压电流档标尺的零刻度线上；调——若指针不在零位，应通过机械调

率为10K，所以，阻值=刻度值×倍率=18×10K=180KΩ。

5、复位。万用表使用完毕后，注意将转换开关置于交流电压最高档或空挡上。

下面，请同学们做一个练习题，请读出此时测量电阻的阻值是多少？通过前面的学习，我们可以从刻度盘上读出刻度值为20，倍率为×10，所以阻值=20×10=200Ω。接下来，看一个思考题，从万用表上读出R=?，像这种情况下，指针太靠“0”，读出来的数值准确吗？如果不准确，该怎么办？这个问题作为课下作业。

我们再回到开头的案例，如果日光灯不亮了，如何用万用表检测是不是灯丝烧断呢？用本次课的知识来解决这个问题。看一下我手中的日光灯，日光灯两侧分别有一根灯丝，我们分别用万用表进行测量，选择R×1K倍率，进行欧姆调零，下面我们进行检测，如果灯丝完好，指针向右偏转，则有电阻读数，如果灯丝烧断，则灯丝两端的电阻无穷大，也就是指针几乎没有偏转。通过检测，我们知道日光灯一端的灯丝烧断，不能再正常工作。

我们就本次课作如下总结：可以总结为两个口诀，万用表操作口诀和电阻测量口诀。万用表操作口诀：一看：放下表笔看档位，二板：对应电量板到位，三试：瞬间偏摆试档位，四测：测量稳定记读数，五复：放下表笔及复位。电阻测量口诀：测电阻，先调零，断开电源再测量，并联电阻手不触，以防读数变精度，读数勿忘乘倍数。

本次讲课到此结束，谢谢。

第五篇：万用表实习报告 -

万用表实习感悟

为期两个星期的实习已经过去了，万用表也已经上交了，这也标志着我的大学第一次实习的结束。总体上说，这次实习是成功的，这次实习是值得回味的，值得总结经验的，值得借鉴的。

实习虽过去了，但为下一次更好的面对，总结这次实习是必需的。下面就是我在这次实习中所见所闻所想所做的片段，希望对日后的实习、学习、生活等有更大的帮助。

团队精神。这是我要第一个说说的，因为这次没有团队的合作是很难完成的。我们这次实习是两个人一组的，一起把这个万用表组装好。我是和班上的冯升常一组的。刚开始我们挺兴奋的，因为我们会用到电烙铁，自己亲手组装一个仪表。可是我们不知如何开始下手，而且我们相对于往年还提前开动员大会和发实习仪表。我们是时间充足还是紧迫？这个实习是简单还是容易？我们两个一下子不敢下定论。

最后我们商量了一下，大概计划也确定下来。前期，我们也是按照老师的要求来做，先看一下实习指导书，点清万用表零件有没有漏缺的，这个我们都要做。接着就是实习期间，跟着老师的教学内容。后来在前期中，我们都有做到那两点了，可是我的搭档冯升常却被颜色难住了，所以在通过电阻色环读出电阻阻值这一步中卡住了，不懂我们有哪些电阻，缺哪一个。不过在正式实习组装时通过我的小小指点，也终于拿下这一点了。在后来的时间里，我们跟着老师的进度一步一步完成这个实习，先是原理学习，焊接练习，正式组装，最后我们如期完成这个万用表。在组装过程中，我负责焊接，他负责把零件准备好，做好去氧化膜，弄好支脚，同时辅助我焊接。在这个过程中，我们不浮不骄，从容淡定的去做。虽然遇到不少问题，比如电路图的原理，零件的认识上，调试过程中出现很大误差等问题，但我们还是一一解决好，具体问题在下面会提到。这次能如此这么快弄好，就是得益于我们之间的合作！

做好计划。做一件事情有一个好的计划会事半功倍，何况我们现在是实习，就更需要我们也要有自己的计划。虽然我们实习期间要跟着老师的步伐走，但我们也要有自己的想法、进度。刚开始，我们不知道怎么做，尤其在发了实习仪表后，该如何下手呢？这成了我们第一个要面对的问题。

我们真正有计划实在实习第一天老师将完万用表的原理后，我们开始自己动手。那时我们产生分歧，冯升常埋头理解他的电路图，我就说我们从那个时候起要有个计划。他就问我连电路图都看不懂，谈何组装，谈何实习？可我就认为，我们就因为在这方面不懂，所以我们才花时间在这上面，很多同学就是按照电路板上的零件提示位置焊上去的，我们实习不只是这样，要完全弄明白到某个电阻的作用。所以我们才要做个计划，第一步要做什么，接着是什么？看懂电路图是其中的一部分。我们都想到一起了。当天我们要求自己把电路图弄明白，我负责电压的直交流部分。他负责其余部分。接着下面的几天我们就一步一步按着计划去做。

可是，问题就出来了。我在弄电路图时，感觉有点力不从心，也搞不懂他复杂的电路图，我想了想，觉得没必要这么死抠在商用电路

图上，只要把我们的物理电路图弄懂就好了，而这个我们的老师已经详细跟我们讲过，我们自己也懂得。所以，这个我们中途放弃了。后面的实习时间里，我们基本是跟着老师的步伐走，似乎当初我们的想法荡然无存，其实是我们把这个实习的难度放大了，所以在前面的时间会出现这种担忧。不过，在这个实习过程中，我们总体还是按照口头上的计划来完成的，这一点毋庸置疑。

零件的熟悉。总体上，零件的认识基本上没问题，但在某些问题上还没有完全搞明白。特别是那个分流器，那与指导书上的外形不一样，现在它只是一根直的铜棒，能起到分流的作用吗？还有每一个电阻作用是什么？电路板上连接跟说明书上的电路图一样吗？有区别吗？等等这些问题，其实到现在还没有解决。既然我有这个疑惑，那我就应该去解决。可是我没有，我也没向同伴询问，把这一个个问题抛在脑后，我想在这一点上，是实习中的败笔！

调试问题。万用表终于做好了，接下来就是调试，测试它是否准确。在测试前我们很兴奋，很想快点看看我们的成果会是怎样的。结果，误差相当的大！测电流电压的还好，但电阻相差300多Ω,这让我们措手不及。于是检查电阻，电位器等，调过后依然是这样，我们感到措手无策，于是请教老师，老师也是让我们检查电路，原件是否接错等，可是我们怎么去做，毕竟这是一个已经完好焊好的……我们最终没有再去检查，结果到了演示的那天，竟然异常的准确。我想，应该是我们有些问题没有搞清楚，误以为错误，这一点，有点乌龙！

周全考虑问题。只是比较重要的一点，我们在焊零件时，把四个孔还有调零电阻器弄反了，导致后面的焊接工作繁琐和重复了，这是

可以避免。我们当时只是想到把所有零件都放到黄色这一面就行了，我们的当时的意识就是绿面焊接，黄面放零件，完全没有想到这些零件的作用，后来是突然发现，但那时晚了，已经焊上去。造成这个问题，主要是我们没有考虑周全，急于求成。虽然出现这个问题的不止我们很多同学都一样，但不管怎样，我们都应该吸取这种教训，这次虽只是接反了，下次就不知道会出现怎样的问题了。

相互帮助。这次实习虽然是两个人一组，但我们却不能各扫门前雪啊，如果哪位同学需要帮助，我们还是很热情的去帮助的。同时我们这次实习实际上用不了几天就可以做完，时间还是很充足的。某些同学在不同方面比较弱，比如焊接，比如电路图等等，所以在互相帮助的过程中，不仅增进同学之间的感情，还会体现你的长处。何况我们都是同在一片蓝天下。不管怎样，在日后的人生路途中，不要忘了同路人。

时间不等人，总是过得这么快。但时间是公平的，不会谁多谁少，重要的是我们都能在这有限的时间里好好把握，好好锻炼，正如这次实习，我应该好好记住所学的东西，这将是我人生中不可多得的财富。