二、功能设计要求(量程范围):
直流电压(dcv)――200mv2v20v200v1000v
交流电压(acv)――200mv2v20v200v700v
直流电流(dca)――2ma20ma200ma20a
交流电流(aca)――2ma20ma200ma
电阻(ohm)―――2002k20k200k2m20m
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zui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zui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,zui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、zui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。
