多功能数字万用表.doc

1、多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 0 页1、摘要随着科技的日新月异，电子产品发展也非常之快，在电子电路测试、家用电气设备的维修、电子仪器检修、电子元器件测量中，万用表是最普及、最常用的的测量仪表。221 由于它操作简单、功能齐全、便于携带、一表多用等特点，深受电工、电子专业工作者及广大无线电爱好者的喜爱。事实证明，万用表不仅能检测电工、电子元器件的性能优劣，查找电子、电气线路的故障，估测某些电气参数，有时还能代替专业测试仪器，获得比较准确的结果，基本上可以满足电工、电子专业人员和业余无线电爱好者的需要。因此，推广万用表的应用技术，实现一表多

2、用，既符合节约精神，又可以在一定程度上克服专用仪器的困难。多功能数字万用表是在电子方面的学习、开发以及生产方面应用相当广发的一种仪器工具，整机电路设计以大规模的集成模拟和数字电路组合，采用 MSP430 为核心，高精度的运算放大器，低功耗高效率的开端电源转换器，全电子调校技术赋予仪表高可靠性，高精度。仪表可用于测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、电路通断、电容、频率，RS232C 接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯。仪表采用独特的外观设计，采用 12864 液晶显示器，仪表采用 9V 可充电 PPP3 电池供电使之成为性能更优越的高精度电工仪表。多功能数字万用表设计与制作

3、电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 1 页目录1 摘要 .22 项目概述与功能需求 .53 项目论证 .63.1 总体方案论证 63.1.1 设计目标 63.1.2 总体设计方案 43.2 小模块方案设计 93.3 项目设计 124 项目设计 .124.1 系统硬件设计 124.1.1 测直流电流模块 124.1.2 测直流电压模块 144.3.3 侧交流电压模块 164.1.4 测电阻模块 .174.1.5 测电容模块 184.1.6 蜂鸣器二极管模块 204.1.7 液晶显示模块 224.1.8 电源设计模块 254.2 接口设计 .244.2.1 外部接口 244

4、.2.2 内部接口 244.3 运行设计 .264.4 系统软件设计 264.4.1 主程序设计流程图 2644.2 详细设计与编码 .284.4.3 引脚说明 294.4.4 软件系统与其他系统的关系 304.45 各函数模块分析 .305 产品调试与包装 475.1 调试 .475.2 系统数据测试 .495.3 测试结果分析 .526 项目小结 .527 致谢 538 参考文献 .54多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 2 页9 附录 .55附录 1 原理图 .55附录 2 PCB 图 56附录 3 器件清单 .57附录 4 整机实物图

5、 .60附录 5 小组成员信息 .63附录 6 过程监控文档 .64附录 6.1 会议记录 64附录 6.2 工作日志 81附录 6.3 队员总结心得 103附录 6.4 小组管理 110多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 3 页多功能数字万用表的设计与制作2 项目概述与功能需求1、项目设计具体内容：基本要求有以下几点（1）测量分辨率高； （2）测量范围宽；（3）输入阻抗高； （4）集成度高，微功耗； （5）保护功能完善，抗干扰能力强；（6）具备全程保护功能；（7）线路通断测试时有蜂鸣器提示；2、性能指标测量项目 量程 分辨率 准确度 输入电

6、 阻 过载保护200mv 100uv 300V 有效值2v 1mv20v 10mv200v 100mv+(0.5%RDG+1字 )DCV1000v 1v +(0.8%RDG+2字 )100M 1000V，DC或 AC 峰值2v 1mv20v 10mv200v 100mv+(0.8%RDG+3字 )ACV700v 1v +(1.2%RDG+3字 )100M 750V 有效值或 1000V 峰值的连续交流电压2mA 1uA20mA 10uA+(0.8%RDG+1字 )200mA 100uA +(1.2%RDG+1字 )0.2A/250V熔丝管DCA10A 100mA +(2%RDG+5 字) 未加

7、保护200 0.1 +(0.8%RDG+3字 )R2K 1 +(0.8%RDG+1字 )250V，DC或 AC 有效值多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 4 页20K 10200K 1002M 1K20M 10K +(1%RDG+2 字)200M 100K +(5%RDG-10字 )2000pF 1pF20nF 10pF200nF 100pF2uF 1nFC20uF 10nF+(2.5%RDG+3字 )二极管 显示近似二极管正向压降；电阻小于 7020 时，蜂鸣器发声。表 1 性能指标表3 项目论证3.1 总体方案论证3.1.1 设计目标题目

8、要求制作多功能数字万用表，我们团队计划在性能高、精度高、功耗低、设计简洁明了以及环保的基础上，实现测量交直流电压、交直流电流、电阻、二极管、电路通断、电容、频率，RS232C 接口技术的应用使其和计算机构成可靠多种的双向通讯等功能。3.1.2 总体设计方案1）总体设计：方案一，AT89s5x 熟悉的 8 位单片机，速度慢，功耗一般，不带 ADC 适用于简单的应用。方案二，STM32 32 位，运算速度更快，资源丰富，功能强大，但用在此应用显得冗余。方案三，MSP430 16 位，速度快，自带 ADC，最主要的是超低功耗低，适用于电池供电应用。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三

9、组湖南理工学院信息与通信工程学院第 5 页方案比较，综合方案一二三，再根据所有求达到的指标，超低功耗可以看到MSP430 的优势所在，运行模式：230A（在 1MHz 频率和 2.2V 电压条件下）待机模式：0.5A，关闭模式（RAM 保持）：0.1A，5 种节能模式，可在不到 1s 的时间里超快速地从待机模式唤醒，16 位精简指令集 (RISC) 架构，62.5ns 指令周期时间，基本时钟模块配置，具有四种校准频率并高达 16MHz 的内部频率，内部超低功耗低频 (LF) 振荡器，32kHz 晶振，外部数字时钟源，两个 16 位 Timer_A，分别具有三个捕获/比较寄存器，多达 24 个支

10、持触摸感测的 I/O 引脚，通用串行通信接口 (USCI)，支持自动波特率检测的增强型通用异步收发器 (UART)，同步 SPI，用于模拟信号比较功能或者斜率模数 (A/D) 转换的片载比较器，带有内部基准、采样与保持以及自动扫描功能的 10 位 200ksps 模数 (A/D) 转换器，我们是采用电池供电，430 里面自带 AD，方便因此 MSP430 是我们的最终选择。我们主要工作是通过单片机的控制将各模块的输入信号按照预定的算法进行运算后从而在我们采用的 LCD12864 液晶上显示，显示内容为正在进行的测量模块提示字符以及测量的实时结果。原理是以单片机 MSP430G2553 作为核心

11、，采用了其内部的 16 位定时/计数器以及分频控制和液晶显示器共同实现对被测信号的频率进行测量，将各个功能模块分成小模块实现，通过控制单片机 MSP430G2553 将各个模块联系起来，最终通过AD 将其在液晶上显示出来。总流程图如图：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 6 页图 1 总原理图在单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量，使用单片机测量频率通常是利用它的定时/计数器来完成的，测量的基本方法和原理有以下两种。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 7 页测频法：在限定的

12、时间内（如 1s）检测脉冲的个数。测周法：测试限定的脉冲个数之间的时间。这两种方法尽管原理相同，但在实际使用时，需要根据待测频率的范围、系统的时钟周期、计数器长度，以及所要求的测量精度等因素进行全面、具体地考虑，寻找和设计出适合具体要求的测量方法。1、在具体频率的测量中，需要考虑和注意的因素有以下几点：系统的时钟。首先测量频率的系统时钟本身精度要高，因为不管是限定测量时间，还是测量限定脉冲个数的周期，其基本的时间基准是系统本身时钟产生的。其次是系统时钟的频率值，因为系统时钟频率越高，能够实现频率测量的精度也越高。由于受平台的限制本设计测频使用内部 DCO 和外部时钟振荡配合使用。所使用的定时/

13、计数器的位数。测量频率要使用定时/计数器，定时/计数器的位数越多，可以产生的限定时间越长，或在限定时间里记录的脉冲个数越多，故也提高了频率测量的精度。因此，本设计采用的是 MSP430G2553 内部的 16 位定时器的捕获功能进行测频。2、档位设定思路如下档位 测量范围 时钟源 分频 分辨率0 0.1Hz409.6HzACLK/8 不分频 约 0.1Hz1 409.6Hz128KHzSMCLK 不分频 约 1Hz2 128KHz40MHzSMCLK 256 分频 约 10Hz表 2 档位设定表注：ACLK/8=32.768Khz=4096Hz 采用 MSP430 外部 32.768 晶振SM

14、CLK=8MHz 采用 MSP430 内部 DCO 振荡器该频率计最终可以实现对 0.1Hz40MHz 信号的测量，并把测量值显示出来，误差随频段的不同而不同，低频段误差小，高频段误差大。简单来说本系统以 MSP430 为核心，用来协调各个模块以及其动能的实现，需要实现相关模块的芯片，例如电源的 LM2576，测电阻的 555 计时器等等，以及各种电子元件。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 8 页3.2 小模块方案设计：1.测直流电压部分：方案一，采用芯片 NE5532，一种双运放高性能低噪声运算放大器，通过放大信号输出所需信号。方案二，采

15、用芯片 TLV2472，也是一种运算放大器，通过放大信号输出所需信号。方案比较：芯片 NE5532 需要双电源供电，总设计中受 9V 电池供电限制，9V 变为正负 5V，功耗会很大，芯片 TLV2472 是一种高性能低噪声运算放大器，所以采用方案二。原理流程如图：图 2 测直流电压流程方框图2.测直流电流部分：测直流电流的原理跟测直流电压原理相似，都是通过运放，放大所需型号，再输出信号，所采用的芯片一样方案也是跟测直流电压的一样，所以也是采用芯片TLV2472 为核心。原理流程如图：图 3 测直流电流流程方框图3.测交流电压部分：方案选择，所采用的芯片跟测直流电压和电流的一样，根据模块的统一所

16、以也多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 9 页采用芯片 TLV2472，输入信号经过分压整流再通过芯片，经单片机出去。原理流程如图：图 4 测交流电压流程方框图4. 测电阻、电容部分：方案选择，是通过 RC 震荡电路测量电容，通过频率计算出电阻，通过示波器观察频率计算出电阻，所以采用 555 定时器，方便性能高，原理流程如图： 图 5 测电阻、电容流程方框图5.电源部分：电源要求采用 9V 电池供电，所以只能通过开关电路或是稳压电路将 9V 转为相应需要的工作电压 5V 和 3.3V。方案一，采用 LM2736 芯片将 9V 电压稳压到 5V

17、，再将 5V 电压稳压到 3.3V。方案二，采用 LM2576 芯片通过开关电路将将 9V 电压转到 5V，再通过 LM2576多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 10 页芯片通过开关电路将将 9V 电压转到 3.3V。方案比较，方案一功耗大，转化效率比方案二低，噪声也较方案二的要大，由于方案二 LM2576 有几种型号，其电路已经集合在其内部，只要简单的外围滤噪声已经稳压的保护电路，并且不同型号的外围电路可以一样，LM2736T-5.0 可以直接将 9V 转化为 5V，LM2736T-3.3 可以直接将 9V 转化为 3.3V，所以采用方案

18、二来设计制作电源部分。3.3 系统组成本系统以 MSP430G2553 作为核心，分电源，测电阻，测电容，测直流电压，测交流电压，测直流电流，测二极管等几个小模块，主要工作是通过单片机的控制将各模块的输入信号按照预定的算法进行运算后从而在我们采用的 LCD12864 液晶上显示，显示内容为正在进行的测量模块提示字符以及测量的实时结果。功能方框图如图所示：图 6 系统方框图4 项目设计4.1 系统模块设计多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 11 页4.1.1 测直流电流模块1、原理分析原理，计算公式，分析:增益 A=V2/V1,误差=| Vo-

19、Vi*A | / (Vi*A);其中，为了减小误差，让输入端直接输入 5 脚，遂去掉了 R222 电阻，但实际测试中，由于导线内阻等的影响，输入端和 5 脚的值仍存在出入。另外，由于粗心，将 4 脚的-5V 电源接成了+5V 的电源，在 PCB 板上，采用划断铜线，在电阻 R216 的另一端用导线直接接入-5V 的电源进行了修正。其次：此模版本为测试直流电流，实际测试时仍为测试输入和输出端的电压，但无本质区别。理由如下：根据电路原理，在输出端用万用表（由于示波器有故障，遂均采用万用表进行测试）测出输出值，根据公式：Vo / V6 = (R225+R227) / R227,可计算出 6 脚端的电

20、压，即 V6，又 5 脚和 6 脚两端的电压相等，即 V5=V6，而 V5 理论上即为输入端的电压，V5/R226 所得的值即为输入端的电流。最后，由于实验室器材的缺少，遂将 R225 的电阻换成了 12K，理论上的增益应为3.4 倍，但由表格可以看出，仍存在误差。2、原理图如图所示：图 7 测直流电流原理图多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 12 页3、PCB 如图所示：图 8 测直流电流 PCB 图直流电流的测量：将万用表的一个转换开关置于直流电流挡，另一个转换开关置于 50uA 到 500mA 的合适量程上，电流的量程选择和读数方法与电

21、压一样。测量时必须先断开电路，然后按照电流从“+”到“-”的方向，将万用表串联到被测电路中，即电流从红表笔流入，从黑表笔流出。如果误将万用表与负载并联，则因表头的内阻很小，会造成短路烧毁仪表。其读数方法如下： 实际值指示值量程/满偏4.1.2 测直流电压模块1、原理分析：R7=2.7K,R9=32K（a）测大电压计算公式：模块测量数据/R7=理论值/(R7+R9)例如：第一个数据处理多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 13 页理论值=34.7*0.0744/2.7=0.9561其他同上！（b）侧小电压：输出 V0 Vn=Vf=R8V0/(R6

22、+R8)虚短: Vid=Vp-Vn=o所以 V=Vp2、原理图如图所示：图 9 测直流电压原理图3、PCB 如图所示：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 14 页图 10 测直流电压 PCB 图直流电压：将万用表的一个转换开关置于交、直流电压挡，另一个转换开关置于直流电压的合适量程上，且“+”表笔（红表笔）接到高电位处， “-”表笔（黑表笔）接到低电位处，即让电流从“+”表笔流入，从“-”表笔流出。若表笔接反，表头指针会反方向偏转，容易撞弯指针。4.1.3 测交流电压模块1、原理分析：档位一，1VV in=(Vm/2-0.5)取整单片机输入测

23、试电压最大值不能超过 2.5V。放大器放大倍数为 2 倍。小电压时直接通过放大器引脚输入输出。放大器后接偏执电压。使输出最小值非负。档位二，4V原理，计算公式，分析：U=(4.7*Um/2)/2)+Um/2-0.5)取整测试电压先通过半波整流桥整流后，经串联电阻分压后输入运放，信号经放大后输出。2、原理图如图所示：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 15 页图 11 测交流电压原理图3、PCB 如图所示：图 12 测交流电压 PCB 图4.1.4 测电阻模块1、原理分析：档位一，R=47.7K 档位二 R=1.75K R2=(1.43/(F*

24、C)-R1;、C=0.01Uf；R1=47.7K该测量模块同电容测量模块一样，通过 RC 震荡电路测量电容，通过频率计算出电阻，通过示波器观察频率计算出电阻。2、原理图如图所示：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 16 页图 13 测电阻原理图3、PCB 如图所示：图 14 测电阻 PCB 图测电阻：选择合适的倍率挡。万用表欧姆挡的刻度线是不均匀的，所以倍率挡的选择应使指针停留在刻度线较稀的部分为宜，且指针越接近刻度尺的中间，读数越准确。一般情况下，应使指针指在刻度尺的 1/32/3 间。 b 欧姆调零。测量电阻之前，应将 2 个表笔短接，同

25、时调节“欧姆（电气）调零旋钮” ，使指针刚好指在欧姆刻度线右边的零位。如果指针不能调到零位，说明电池电压不足145678u0NERKVM_P.FC交9多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 17 页或仪表内部有问题。并且每换一次倍率挡，都要再次进行欧姆调零，以保证测量准确。c 读数：表头的读数乘以倍率，就是所测电阻的电阻值。4.1.5 测电容模块1、原理分析：档位一，R=30K 档位二 R=120 欧姆C=1.43/(R1+2R2)F; R1=0.85k;R2=档位;该测量模块通过 RC 震荡电路测量电容，通过频率计算出电容，通过示波器观察频率计

26、算出电容。2、原理图如图所示：图 15 测电容原理图3、PCB 如图所示：45678u0NERK.VM_CP9F多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 18 页图 16 测电容 PCB 图测试电容：用电阻档，根据电容容量选择适当的量程，并注意测量时对于电解电容黑表笔要接电容正极。、估测微波法级电容容量的大小：可凭经验或参照相同容量的标准电容，根据指针摆动的最大幅度来判定。所参照的电容不必耐压值也一样，只要容量相同即可，例如估测一个 100F/250V 的电容可用一个 100F/25V 的电容来参照，只要它们指针摆动最大幅度一样，即可断定容量一样。

27、、估测皮法级电容容量大小：要用 20k 档，但只能测到 1000pF 以上的电容。对 1000pF 或稍大一点的电容，只要表针稍有摆动，即可认为容量够了。、测电容是否漏电：对一千微法以上的电容，可先用 200 档将其快速充电，并初步估测电容容量，然后改到 R1k 档继续测一会儿，这时指针不应回返，而应停在或十分接近处，否则就是有漏电现象。对一些几十微法以下的定时或振荡电容（比如彩电开关电源的振荡电容） ，对其漏电特性要求非常高，只要稍有漏电就不能用，这时可在 2k 档充完电后再改用 20k 档继续测量，同样表针应停在处而不应回返。4.1.6 蜂鸣器二极管模块1、原理分析：蜂鸣器是一种一体化结构

28、的电子讯响器，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电话机等电子产品中作发声器件。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V 直流工作电压） ，多谐振荡器起 ,输出 1.52.5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流

29、才能驱动它，单片机 IO 引脚输出的电流较小，单片机输出的 TTL 电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。单片机实验板通过一个三极管来放大驱动蜂鸣器。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 19 页2、原理图如图所示：图 17 测二极管蜂鸣器原理图3、PCB 如图所示：图 18 测直流电压 PCB 图二极管的测量：将挡位调到侧二极管档位，将测试笔放在二极管两端，利用蜂鸣器发声与否来判定二极管的好坏。4.1.7 液晶显示模块1、原理分析：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 20

30、 页液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶，它的另一个特殊性质在于，如果给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如果给它配合偏振光片，它就具有阴止光线通过的作用（在不施加电场时，光线可以顺利透过） ，如果再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压大小，就能改变某一颜色透光量的多少，也可以形象地说改变液晶两端的电压就能改变它的透光度。2、原理图如图所示：图 19 液晶显示原理图3、PCB 如图所示：图 20 液晶显示 PCB 图4.1.8 电源显示模块多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理

31、工学院信息与通信工程学院第 21 页1、原理分析 LM27576 系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动 3A 的负载，有优异的的线性和负载调整能力，这些器件内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，将外部元件的数目减到最少，使用简单。 LM2576 的特征包括：在制定输入电压和输出负载条件下保证输出电压的正负 4%误差，以及振荡器频率的正负 10%误差。还包括外部关断电路，特征有 50uA（典型值）待机电流。本次工程实训采用 9V 电池供电，其中芯片需要 5V 和 3.3V 供电，所以本次实训采用 LM2576 系列中的 LM2576S-3.3、LM25

32、76S-5.0 两种芯片供电。2、原理图如图所示：图 21 电源原理图3、PCB 如图所示：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 22 页图 22 电源 PCB 图4. 2 接口设计 4.2.1 外部接口四个外部接口和两个外部开关功能分别如下：外部接口 1：测电容、交直流电压、直流电流；外部接口 2：测电阻；外部接口 3：测二极管（蜂鸣器） ；外部接口 4：接地端。多功能数字万用表的外部接口是将不同的被测量（如电容、电压、电阻等）不同的量程，切换到合适的接口。两个外部开关，一个是电源开关，控制多功能数字万用表的通断电，另一个是转换开关，多功能数

33、字万用表中各种测量种类及量程的选择是靠转换开关的切换来实现的。转换开关里面有固定接触点和活动触点，当固定触点和活动触点闭合时接通电路。我们所采用的拨动 SS16F01 六档开关，通过拨动开关可以使得某些活动触点与固定触点闭合，从而相应的接通所需要的测量电路。4.2.2 内部接口：P1.0 控制测直流小电压模块；P1.1 控制测电阻模块；P1.2 控制测电容模块；P1.3 控制测高电压模块；多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 23 页P1.4 控制测小直流电流模块；P1.5 控制测大直流电流模块；P1.6 控制测交流电压模块；RST 控制复位电

34、路；P2.0 、P2.1 控制继电器；P2.2 控制蜂鸣器模块；P2.3、P2.4、P2.5 三个接口液晶模块；P2.6 接晶振；DVCC 接电源；2DVSS 接地。芯片引脚说明，关键硬件电路图如下图 23 关键硬件电路图图74HC4060 用 256 分频器，sn74hc573a 为锁存器用作开关 P1.2 为被测信号进入端，P2.1 连接 MSP430G2553 捕获测量端。P1.1 通过 IO 控制。当原理图中的 P1.1 为高电平时，锁存器打开，相当于开关关闭，同时分频器处于复位状态，即信号不分频直接进入 MSP430。当原理图中的 P1.1 为高电平时，锁存器关闭，相当于开关打开，同

35、时分频器处于工作状态，即信号经 256 分频进入 MSP430。4.3 运行设计12PHeadrQLMN3F4E5G6D78CKO90IRJV交.upol多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 24 页运行控制采用半自动，通过表笔的选择，还有档位开关的选择来切换，另外通过软件来自动换挡。各模块组合设计以 MSP430G2553 作为核心，采用了其内部的 16 位定时/计数器以及分频控制和液晶显示器共同实现对被测信号的频率进行测量及显示。 在单片机应用系统中，经常要对一个连续的脉冲波频率进行测量，使用单片机测量频率通常是利用它的定时/计数器来完成的

36、。模块间通过表笔的选择，还有档位开关的选择来切换。4.4 系统软件设计4.4.1 主程序设计流程图首先把各个模块初始化，进入到液晶显示，选择所需功能，通过公式计算相应的值，将结果传到液晶显示。流程图如下：多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 25 页图 24 软件流程图开始界面初始化P1.00.2VP1.00.2VAD 采集P1.4AD 采集P1.5通过公式计算出电流值送 12864 液晶显示P1.42.0V控制继电器 1 挡 控制继电器 2 挡FFT 计算出有效电压值送 12864 液晶显示P2.62.0VNoYesYes YesYesNoN

37、oNoNoYes多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 26 页图 25 中断流程图4.4.2 详细设计与编码在电子技术中，频率是最基本的参数之一，数字频率计具有精度高、使用方便、测量迅速、以及便于实现测量过程自动化等优点，是近代电子技术领域的重要工具之一，在许多领域得到广泛应用。本系统以超低功耗 MSP430G2553 单片机为核心处理芯片来测量信号的频率，通过定时器 A 采用计数法完成信号频率测量，并将被测频率值通过LCD12864 液晶串行显示。频率可测量范围在 1Hz 到 999MHz 之间。如需要，范围可继续扩宽，频率计的误差在 1%以

38、内。基于 MSP430G2553 的频率计设计原理图如图所示，通过串口方式液晶显示，只需配置单片机三个口线便可以实现对频率的测量。其中待测频率信号从 P1.0 口输入，然后可以直接在液晶屏上显示。进入中断测量确定频率 FF100R_C_flag=0F70控制继电器 1挡通过公式计算R控制继电器 2挡送 12864 液晶显示通过公式计算C送 12864 液晶显示F10000R_C_flag=0控制继电器 2 挡R_C_flag=0Yes NoYesYesYes F1000000YesNo NoNoNoNoYes多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第

39、 27 页图 26 频率计设计图4.4.3 引脚说明1、MSP430G2553 引脚功能说明由原理图可以看出，430 单片机的最小系统用到 1 脚电源、16 脚复位端、20 脚接地端、配置 P1.0 口为待测信号输入端， P1.4 为串行数据输出口， P1.5 为串行时钟输出口，如表 1 所示。表 1 MSP430G2553 引脚功能说明引脚序号 引脚名称 功能说明 备注1 VCC 电源正2 P1.0 频率信号输入端6 P1.4 串行数据输出端7 P1.6 串行时钟输出端16 RST 复位脚20 GND 电源地表 3 MSP430G2553 引脚功能说明2、LCD12864 引脚功能说明LCD

40、12864 液晶显示屏用到 1、2 脚，电源接口线，19、20 脚背光电源接口线，15脚并行/串行接口选择，5 脚串行数据口，6 脚串行的同步时钟。 LCD12864 引脚功能如表 2 所示。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 28 页表 2 LCD12864 接口说明引脚序号 引脚名称 功能说明 备注1 VSS 模块的电源地2 VDD 模块的电源正端4 RS(CS) 并行指令/数据选择信号；串行片选信号5 R/W(SID) 并行读写选择信号；串行的数据口6 E(CLK) 并行使能信号；串行的同步时钟15 PSB PSB 并 /串行接口选择：

41、H-并行，L-串行19 LED_A 背光源正极20 LED_K 背光源负极（0V ）表 4 LCD12864 接口说明4.4.4 软件系统与其他系统的关系Fft 测交流，先采用测数法测试频率再根据频率通过 fft 测幅度。ADC 该函数文件用来驱动液晶显示。BCSC MSP430 基础时钟的配置 注意：DCOCLK 最大频率与工作电压成线性关 系，设置注意工作电压是否满足时钟配置该函数应先调用，否则会影响其他时钟设置函数的调用。Delay 延时函数 延时函数与 MCLK 有关，不同频率下的 Dealy_Base 下头文件有定义。LCD_12864 液晶显示函数。Mian 主函数。Timer 频

42、率计。UART MSP430 串口驱动函数。4.4.5 各函数模块分析1、主函数主函数流程图如图 2 所示。在主程序中，主要对单片机配置进行初始化和屏幕初始化，以及频率信号数据的处理并实时显示 。多功能数字万用表设计与制作 电信 10-1BF 第三组湖南理工学院信息与通信工程学院第 29 页部分主函数代码如下：#include “main.h“#include “ADC10.h“#include “FFT.h“float max;/* 私有函数模型 -*/static void Sys_Init(void);void main(void) Sys_Init();单片机初始化开始屏初始化显示结束图 27 主函数流程图