摘要：为习惯现代电子测验对外表的要求，以MSP430单片机为操控中心，选用高效DC—DC电源转化芯片、低功耗高精度外表扩大器和真有效值转化芯片等，规划并完成了一种数字多功用表。能够准确丈量交直流电压值、电阻、电容、晶体三极管的B值等。整个体系由一块9 V电池供电，具有低功耗、高精度和便携等特色。
数字多功用表是电子体系中最常用的丈量外表，跟着电子技能的开展，对丈量外表的功用提出了更高的要求：丈量精度高、低功耗、数字化、便携。经过精选元器材，依据低功耗和内置A/D的MSP430单片机，构建了一种根本电参数测验体系，契合低碳环保的规划要求，是电子丈量仪器规划的开展方向。
1 方案规划
1.1 元器材的挑选
1)操控器
选用专门为低功耗规划的MSP430F149单片机，因为它在生产工艺上选用了高集成度的单片化规划，将许多外围模块集成到芯片上，采纳低电压供电，大大下降了功耗。一起在软件规划时选用省电形式，削减MCU作业时间，封闭单片机外围功用模块来下降功耗，选用低频时钟休眠形式。ADC选用内置的12位A/D转化器，分辨率为U/4 096=1/4 096=0.25mV，可完成高精度丈量要求。
2)信号调度
OP07运算扩大器是常用的低噪声高精度运算扩大器，具有极低的输入失调电压，极低的温漂，十分低的输入噪声电压起伏，高的共模抑制比(-126 dB)及安稳性好等特色。其输入失调电压为10 μV，输入失调电压温漂为0.2μV/℃，电源电压规模宽，输入阻抗高。
INA128是低电压、低功耗、高精度通用型单通道外表扩大器，它的内部包含3个运放组成的经典差分电路，使得体积更小，使用规模更广泛。在丈量电阻中，使用其差分输入提取被测小电阻流过恒流源时发生的压降，完成电阻电压转化。INA128满意电路高精度的要求，且极适宜电池供电体系中的使用。
3)电源
DC—DC改换选用高效开关型电源芯片TPS5430，输出可发生5 V、3 A电源.其固定开关频率为500 kHz，功率高达95%，在关机形式下的静态电流只为18 μA，可完成电源的高效低耗转化。-5 V电压由TPS60400发生，转化功率大于90%。
4)沟通电压丈量
选用AD637集成真有效值转化芯片，把沟通电压信号经分压衰减后转化为幅值等于沟通有效值的直流电压信号，再对直流电压进行丈量。AD637使用方法简略、转化精度高、失真小，最大失真差错为0.02%±2字，作业安稳牢靠。
1.2 整体框图
MSP430F148单片机是本体系的中心器材，担任操控整个体系的正常作业，包含读取ADC转化后的成果及各种档位的操控，按键输入呼应，液晶的驱动，量程操控等。输入的电压信号经过量程转化模块，变成可供ADC模仿输入端能正常进行采样的电压。沟通电压量模块的功用是将被测的沟通电压转化成相应RMS值。电阻丈量模块中主要由TL431和OP07运放构成一个安稳的恒流源，INA128仪用运放提取被测电阻两头电压，经适宜倍数扩大后送到ADC的模仿输入端进行转化，其转化后的数字量由单片机读取并送到液晶模块显现。体系整体框图如图1所示。
2 硬件电路规划
2.1 电源电路规划
选用TI公司的TSP5430高效开关电源，由9 V层叠电源供给输入电压，输出安稳的5 V电源。电感由下式核算：
其间，Fsw=500 kHz，Kind是描绘相对于最大输出电流电感中纹波电流巨细的系数，取0.2～0.3。经过公式能够求得电感的值L=12.5～15μH，再由电阻分压得到5 V电源。-5 V电源由电荷泵TPS60400DBVT发生。电路如图2所示。
2.2 交直流电压丈量电路规划
2.2.1 直流电压的丈量
当有直流信号输入时，首要对信号进行10倍衰减，OP07扩大器处于跟从状况，S3与片内ADC直接相连，若输入信号大于2 V，ADC直接采样输出，此为2—20 V档位;当ADC检测到信号大于0.2 V小于2 V时，S1置1，不需衰减，S2置2，信号送由ADC采样输出，此为0.2—2 V档;当ADC检测到信号小于0.2 V时，S1上合，无需衰减，S2上合对信号进行扩大十倍，再经S3由ADC采样输出。如表1所示。
2.2.2 沟通电压的丈量
经过比较挑选AD637真有效值转化芯片来完成沟通量到直流量的改变，把沟通电压转化为幅值等于沟通有效值的直流电压信号，再对直流电压进行丈量。不同档位的信号调度电路同直流电压丈量，只需将S3置2。整个交直流电压丈量电路如图3所示。
2.2.3 电阻的丈量
电阻的丈量选用恒流源法。经过发生安稳的电流流过待测电阻，经扩大后由ADC丈量电压然后核算被测电阻巨细。使用TL431发生规范2.5 V，然后使用精细电阻进行分压，经过3个模仿开关，得到3个不同安稳电压，由运放特性能够得到3个安稳的电流，由此构成电阻丈量的3个不同的档位。当被测电阻RX接入回路时，其上发生的压降经过INA128扩大后，经过ADC转化后可得到相应阻值。电路如图4所示。
2.2.4 电容的丈量
频率法测电容，选用NE555与待测电容构成谐振电路，谐振频率与电容值之间存在f=1.49/(Ra+2Rb)Cx的联系，经过对电路频率的丈量就能够得到%&&&&&%值。
2.2.5 晶体三极管β值丈量
依据三极管电流IC=βIB的联系，当IB为固定值时，IC反映了β的改变，所以能够将改变的β值转化为与之成正比改变的电流量。选用镜像恒流源为基极供给10μA的安稳电流，操控基极的电流安稳，经过运放将集电极电流信号转化为电压信号，输出电压等于电阻R19的分压，从而核算出%&&&&&%，从而经过公式β=Ic/Ib核算出成果。电路如图5。经过S1操控可分别是对NPN型和PNP型三极管的β值丈量。
2.2.6 显现电路规划
选用128×64液晶，其具有睡觉、正常及低功耗作业形式，可满意体系作业低功耗的要求。此外还供给画面铲除、显现开/关、显现字符闪耀、显现移位、睡觉唤醒等功用。
2.2.7 正弦波信号发生电路
正弦波的发生是选用直接数字频率组成数字化技能，经过操控相位的改变速度，直接发生各种不同频率、不同波形。
直接选用DDS芯片AD9850来发生所需频率的正弦波，再经过带通滤波电路然后由运放进行扩大，增强其带负载才能，调理运放的扩大倍数能够调理正弦波的幅值。
3 软件规划
体系软件包含主程序、自动关机程序及中止服务程序等，体系主程序流程如图6。自动关机程序完成1分钟内若无任何键按下，则体系进入低功耗状况。1分钟守时是经过守时器断计数完成的，计数器变量是全局变量，当接收到用户操作指令后，在主程序中对该计数清零使体系维持在正常形式。
4 定论
该表选用具有超低功耗的单片机及DC—DC转化器等为硬件渠道，经过软件的操控和优化，完成了高精度、低功耗。试验标明，各参数的丈量精度均可到达0.20%。在一节9V电池供电情况下，能够正常作业一年。该表的规划及完成在2012年的山东省电子规划比赛中获一等奖。
