山东大学电子设计竞赛论文集.doc

电子设计竞赛论文汇编 山东大学本科生院 山东大学工程训练中心 目录 低功耗数字多功能表（A题） 1 低功耗数字多功能表（A题） 8 低功耗电波钟（B题） 14 低功耗电波钟（B题） 21 低功耗电波钟（B题） 29 超低功耗倾角测量仪（C题） 35 超低功耗倾角测量仪（C题) 41 超低功耗倾角测量仪（C题) 47 超低功耗倾角测量仪（C题) 54 车辆会车自动控制系统（D题） 61 车辆会车自动控制系统（D题） 65 车辆会车自动控制系统（D题） 70 车辆会车自动控制系统（D题） 75 双信号发生 81 双路低频信号发生分析仪（E题） 86 直流电子负载（F题） 101 直流电子负载（F题） 108 直流电子负载（F题） 116 低功耗数字多功能表（A题） 参赛队员：李强 胡蕴琦 王振中 摘要:该系统以ATmega16单片机为控制核心，以ICL8038自制信号源、直流电压测试电路、AD637交流电压测试电路、三极管测试、RC测试电路电路为主要模块，实现了对直流电压、交流电压、电阻电容和三极管β值的精确测量，同时具有正弦波信号发生功能。采样电路使用12位的模数转换芯片TLC2543对所测电压进行实时采样，通过单片机的计算，得到高精度测量值。各项指标的测试结果均符合题目要求。该系统使用笔段式LCD液晶显示测量结果，此外，该系统支持低功耗按键唤醒模式。 关键词: ATmega16 ICL8038 笔段式LCD RC测量β值测量 交直流电压 高精度测量 低功耗 一、系统方案 （一）系统总体方案设计 本设计由9V方电池、电源变换模块、控制器模块、AD采样模块、直流电压测量模块、交流电压测量模块、RC测量模块、三极管测量模块、键盘输入模块、信号发生模块、液晶显示模块等模块组成。系统总体结构框图如图1所示。 图1 系统总体结构框图 （二）方案设计与论证 1.控制器模块 方案一：使用STC单片机控制。宏晶STC单片机廉价、性能稳定MSP430系列单片机由于是串行输入结构，能够节省单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高。ADS7886进行采样。ADS7886具有超低功耗的特点，同样为串行输入，但是ADS7886仅有一路输入，实际测量中需要测量多点的电压，若采用多芯片测量，不但提高了整体功耗，而且引入了因器件的离散性而造成的误差，增加了电路的复杂程度。 综合考虑，我们选择方案二。 6.直流电压测量模块 方案一：使用AD转换器直接测量。使用AD转换器直接测量具有精度高的特点，但是对于较小的电压量程分辨率较小，达不到测量的精度要求，无法测量高于参考电压的输入电压，而且输入阻抗无法达到10MΩ。 方案二：首先对输入电压进行电压跟随，然后使用AD转换器直接测量。对输入电压进行跟随能够满足输入阻抗10MΩ的要求，但是测量电压的量程问题依然没用解决。 方案三：对于0.2V量程，首先对输入电压进行电压跟随，以满足输入阻抗的要求，再通过线性放大后使用AD直接测量，以满足测量精度的要求；对于2V量程，首先进行电压跟随，然后使用AD直接测量；对于20V量程，首先使用大电阻对输入分压，通过对电阻阻值的选择满足输入阻抗的要求，通过对分压后电压的测量，解决大电压无法测量的问题。 方案三与方案一、方案二相比有明显的优势，因此我们选择方案三。 7.交流电压测量模块 方案一：使用AD转换器直接测量，然后使用软件对测得的电压的平方对时间积分，得到交流电压的有效值。此方案成本较低，不需要外加芯片，但需要AD支持负电压，并且有足够高的采样速率，同时算法时间复杂程度较大，单片机可能无法完成。 方案二：使用TI公司的AD637交流电压真有效值变换芯片测量。AD637是一款完整的高精度、单芯片均方根直流转换器，可计算任何复杂波形的真均方根值。ICL 8038进行正弦波信号发生。ICL 8038 是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路, 只需调整个别的外部元件就能产生从 0.001HZ～300kHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号ICL 8038功耗相对较低。 综合考虑，我们要实现步进连续可调，且需要降低功耗，因此采用方案三。 10.晶体三极管测量模块 方案一：电阻恒流法。电阻恒流法是使被测管与一个电阻串联，通过反馈使电阻两端的电压恒定，因而保证电流恒定。这种方式引入了反馈，因此测量比较稳定，但需要电压较高。 方案二：晶体管恒流法。本方法是通过集电极加恒定电流来进行测量。此方法的电路中没有反馈，因此测量不稳定。 方案三：恒流恒压测量法。使用一路恒流源和一路恒压源测量晶体管的β值。本方法计算简单、容易实现、精度较高、容易满足测试条件的要求。 综上所述，我们选择方案三。 二、理论分析与计算 （一）电阻与电容的测量原理 电阻高精度测量较好的方