基于MSP430单片机的新型多路数字电压表设计

2017-09-14咸阳师范学院物理与电子工程学院郝海燕

电子世界 2017年17期

咸阳师范学院物理与电子工程学院郝海燕

咸阳师范学院物理与电子工程学院郝海燕

准确可靠的电压测量在现代检测技术中具有重要的意义。本文以MSP430单片机为控制核心，设计出具有四路直流输入、一路交流输入的数字电压表（DVM）。详细介绍了DVM的工作原理，讨论了仪表关键电路的设计思路以及关键算法的实现步骤，给出了DVM的仿真设计电路图和实物电路图。测试结果表明，该电压表的测量误差不大于0.02V，具有较高的测量精度。

多路数字电压表；MSP430单片机；测量误差

引言

在电量测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表是一种必不可少的测量仪器。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一，精度低，读数不方便，日益不能满足数字化时代的需求[1]。

本文中采用美国德州仪器公司性能优越的MSP430F单片机设计了一种新型的数字电压表，该电压表利用MSP430F单片机内部自带的A/D转换器来实现对模拟量的采集，得到相应的数字量后，再按照模拟量与数字量之间的函数关系，通过单片机编程运算得到相应的模拟电压值，最后通过液晶显示器显示出来。系统的主要功能都集成在一块芯片上,具有体积小,可靠性高、电压测量准确的优点[2]。

1. 技术要求

系统可以测量一路交流、四路直流电压模拟量；直流、交流电压测量范围为0-3.3V；测量的最小分辨率为0.001V,测量误差为±0.01V；采用液晶显示器显示通道标识和通道所对应的电压值；可用现场提供的220V交流电源。

2. 系统组成及工作原理

该多路数字电压表由于采用的是单片机内部自带的ADC内核来进行A/D转换，所以系统主要由电源降压电路、MSP430F单片机、直流量采集电路、极性转换电路、交流输入处理电路和显示电路等六部分组成[3]。工作原理框图如图1所示。

单片机是控制中心，由于MSP430单片机正常运行电压为3.3V，因此由电源降压电路将5VUSB电源U降压为3.3V供给单片机。直流量采集电路提供直流采样源，极性转换电路和交流输入处理电路提供交流采样源。显示电路提供数据显示，以便与用万用表测的真实值相对比，以达到设计指标的要求。

3. 系统硬件设计

3.1 电源降压电路

该系统采用AMS1117 稳压芯片输出3.3V 直流电，经过瓷片电容和电解电容滤波，使供给单片机的电源稳定性好，同时开关按下有LED 做指示，可以直接观察电源的通断。

3.2 直流采样和交流采样源电路

直流采样源电路由4个10K滑动变阻器电路组成；交流采样源电路由输入信号处理电路和极性转换电路组成。输入信号处理电路完成对输入的信号进行幅度调整。极性转换电路则完成对信号的放大。

输入信号处理电路的目的是将220V的交流信号转化为幅值较小的1.5V交流信号。首先由变压器将220V的交流电压降压成12V交流电压，再经过电位器的调节作用，输出1.5V的交流信号。极性转换电路利用采样芯片正常运行时的电压当做转换时的参考U。由于芯片正常运行时的电压一般为正U，因此要对输入信号处理电路输出的1.5V的交流信号进行变换，转变为单极性交流U信号。