隨著社會的發(fā)展，電子儀表的普及,，原先大體積,、高功耗功能單一的儀表已經(jīng)逐步向手持低功耗多用途儀表發(fā)展，而TI就是低功耗芯片設(shè)計制造的佼佼者,，該產(chǎn)品就是一款基于TI的MSP430單片機集低功耗,、低成本、高精度,、多功能,、超便攜于一身的新型數(shù)字儀表。它不僅集成了一般的數(shù)字萬用表的基本功能,，還具有簡單的圖形顯示功能,，能夠?qū)^低頻率的波形進行時時測量及波形顯示功能，方便工程師在實際中的使用,，市場前景十分樂觀,。

　　1結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　該系統(tǒng)以美國TI公司的低功耗16位單片機MSP430F149為核心，外部由分壓網(wǎng)絡(luò),、電壓采集網(wǎng)絡(luò),、恒流源測電阻網(wǎng)絡(luò)、測頻網(wǎng)絡(luò),、液晶和USB上位機通信網(wǎng)絡(luò)組成,。核心A／D選擇MSP430單片機內(nèi)部集成的高精度逐次逼近型12位A／D轉(zhuǎn)換器，它可以在沒有CPU干預(yù)的情況下進行16次獨立采集并保存結(jié)果,，轉(zhuǎn)換速率大于200kS／s,。工作時根據(jù)旋鈕開關(guān)所在檔位的不同，系統(tǒng)會自動控制繼電器切換到相應(yīng)檔位等待測量開始,，被測信號首先經(jīng)過前級分壓處理,，而后由TL064運放將信號進行放大后給A／D，系統(tǒng)會根據(jù)A／D采集的結(jié)果進行量程的自動切換,，直到合適為止,。當選擇交流檔時相應(yīng)繼電器會跳轉(zhuǎn)接人交流檔電路,，交流信號經(jīng)過分壓后一路進入由AD736構(gòu)成的真有效值檢測，另一路進入差分電路,。該電路可以將波形整體抬高至0V以上,，使得A／D能夠采到完整的波形，最后通過液晶將被測量的數(shù)字及波形信息來行顯示,。如有需要,，還可以將測量結(jié)果通過USB傳送到電腦上保存。而整個系統(tǒng)僅需要一枚普通的9V電池進行供電,，并具有低電量提示功能,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　2方案的確定

　　該設(shè)計系統(tǒng)采用TI的新型的低功耗16位單片機MSP430F149作為整個系統(tǒng)的控制器,。其優(yōu)點是實時性好,，操作方便，功耗低,，性能好。

　　2．1自動量程的設(shè)計

　　采用傳統(tǒng)臺式儀表所采用的繼電器量程選擇模式,，利用單片機控制繼電器的通斷實現(xiàn)量程的自動切換,。由于繼電器在未導通時電路為斷路，而在導通后基本可視為0Ω導通,，兩端無壓降,，也就是說繼電器是一個電子控制的開關(guān)，而且由于繼電器是機械結(jié)構(gòu),，其穩(wěn)定性比較高,，因此可以作為理想的自動儀表控制設(shè)備。

　　2．2電阻測量方案

　　采用恒流源法測量被測電阻阻值,。用LM334作為恒流源,。此方案簡單可靠，雖然恒流源輸出可能會收到外界溫度的影響,，但考慮到一般儀表都是在室溫下使用,，故其輸出電流隨溫度的誤差基本可以忽略不計。

　　2．3有效值檢測電路

　　該系統(tǒng)利用有效值檢測專用芯片AD736對輸入的交流有效值進行檢測,，該芯片使用方便原理簡單,，精度較高，成本低廉,，比傳統(tǒng)的分立器件測量效果要精確許多,，實際測試中，誤差比較小,，結(jié)果較為理想,。

　　2．4波形測試網(wǎng)絡(luò)

　　作為多功能測試儀表，如何采集完整的波形信息將是示波的難點，采樣波形,。對此,，儀表內(nèi)部專門設(shè)計了差分輸入電路，分壓后的交流經(jīng)過差分電路后可將交流波形整體進行放大,，使其值大于0V,，同時峰值小于200mV，這樣一來,，A／D可直接對輸入信號進行采樣,，并通過液晶輸出完整的采樣波形。

　　2．5電源模型的設(shè)計

　　由于該系統(tǒng)供電系統(tǒng)較為復(fù)雜,，既有3．3V的電源,，又有5V的電源提供給繼電器，還有9V電壓直接給運放供電,，所以供電模塊的設(shè)計較為復(fù)雜,。最終選用單片開關(guān)型穩(wěn)壓集成LM2576-5，其驅(qū)動能力較強自身功耗較其他開關(guān)型穩(wěn)壓芯片又不是很高,，使用性能穩(wěn)定,，利于在實際中應(yīng)用。

　　2．6保護電路的設(shè)計

　　該系統(tǒng)電壓檔最高采用1／1000比例分壓,，設(shè)定最高可測量電壓為200V,，實際最高可測電壓為330V，當電壓高于250V時,，軟件控制所有繼電器斷開,，此時便起到了很好的保護作用。電流檔采用0．2A熔斷絲進行保護,，無論過壓還是過流,，只要熔斷絲燒斷，儀表就將受到很好的保護,。電阻檔在輸入級采用在芯片設(shè)計中常用的ESD(ELECTROSTATICDISCHARGE)保護模塊,。

　　3軟件的實現(xiàn)

　　軟件流程圖見圖2。

 　　4測試數(shù)據(jù)

　　部分測試數(shù)據(jù)見表1～表3,。

　　5測試結(jié)論與誤差分析

　　通過以上測試數(shù)據(jù)可以看出,，該儀表能夠?qū)崿F(xiàn)所有功能，并且其精度也較為理想,，但在檔位切換的臨界值仍然存在明顯誤差,，其原因是多方面造成的。

(1)運放放大倍數(shù)不精確造成軟件處理上的誤差,；
(2)負電壓輸出不精確造成運放和AD736轉(zhuǎn)換精度下降,；
(3)電阻檔恒流源輸出不精確造成電阻測量有誤差,。

　　6結(jié)語

　　該系統(tǒng)由于采用了MSP430單片機作為A／D和控制中心，所以很輕松的實現(xiàn)了普通數(shù)字萬用表的所有基本功能,，以較低的成本實現(xiàn)了較強的功能,，相比市場上的同類產(chǎn)品還是有很大優(yōu)勢的。