2014电子设计大赛低功耗数字多功能表的设计制作

单片机数字万用表设计一、引言单片机数字万用表是一种多功能仪器，可以用于测量电压、电流、电阻等电气参数，广泛应用于电子工程、通信工程、无线电工程等领域。

本文旨在设计一款单片机数字万用表，结合单片机技术和模拟电路设计，实现功能齐全、精准度高、便携性强的数字万用表。

二、设计原理单片机数字万用表的核心部分是其测量模块，该模块能够接收被测电路的输入信号，并通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为数字信号，然后经过单片机处理和显示模块的处理，最终将结果显示在液晶显示屏上。

整个设计流程主要包括以下几个方面：1.信号输入：设计合适的信号输入接口，能够接收被测电路的电压、电流、电阻等信号，并将其传输给ADC。

2.模数转换：通过ADC将模拟电信号转换为数字信号，通常选择12位或16位的ADC，以保证高精度的测量结果。

3.单片机处理：单片机接收ADC传输的数字信号，并进行处理计算，以得出测量结果。

4.显示模块：将测量结果显示在LCD液晶显示屏上，包括数值显示、单位显示等。

5.供电模块：提供适当的电源供电，保证仪器的正常工作。

基于以上设计原理，我们可以开始具体的设计工作。

三、电路设计1.信号输入接口信号输入接口是单片机数字万用表的核心部分之一，它需要能够接收不同类型的信号，包括电压、电流、电阻等。

为了实现这一功能，我们需要设计相应的信号接收电路，可以通过选择不同的接收电阻和放大电路，使之能够适应不同的输入信号。

对于电压信号的输入，可以设计一个简单的分压电路，将被测电路的电压信号转换为适合ADC输入的电压范围。

同时，为了避免输入电阻对被测电路的影响，可以选择高输入阻抗的运放作为信号接收器。

对于电流信号的输入，可以设计一个电流-电压转换电路，将电流信号转换为相应的电压信号，再进行ADC采集。

对于电阻信号的输入，可以设计一个简单的电桥电路，测量电阻值并将其转换为电压信号，再通过ADC进行采集。

2.模数转换模数转换部分选择12位或16位的ADC芯片，可以根据精度需求做适当选择。

毕设多功能电子表指导教师：徐书雨班级：电子S10-2学生：侯炎旭周鑫学号：21号28号日期：2012年2月24日目录第一章元器件 (3)第一节电阻 (3)第二节电容 (4)第三节三极管 (5)第二章最小系统 (7)第三章自我设计 (8)第一节1602液晶的应用 (8)第二节时钟芯片DS1302的应用 (10)第三节DS18B20温度传感器的应用 (11)第四节超声波模块的应用 (12)第五节语音模块应用 (13)参考文献 (14)第一章元器件第一节电阻1.定义色环电阻，是在电阻封装上（即电阻表面）涂上一定颜色的色环，色环电阻识别方法黑，棕，红，橙，黄，绿，蓝，紫，灰，白0， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9倒数第二环，表示零的个数。

2.电阻检测：A 将两表笔(不分正负)分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。

为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。

由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。

根据电阻误差等级不同。

读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。

如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。

B 注意：测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。

第二节电容电容（或电容量，Capacitance）指的是在给定电位差下的电荷储藏量；记为C，国际单位是法拉（F）。

一般来说，电荷在电场中会受力而移动，当导体之间有了介质，则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上；造成电荷的累积储存，最常见的例子就是两片平行金属板。

2014年TI杯竞赛陕西赛区设计报告封面说明1.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；2. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会统一编排的编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。

3. 本页允许各参赛学校复印。

无线电能传输装置摘要电能谐振耦合无线传输是一种新的电能传输概念和方法，它能在中距离范围传递能量。

本文基于空间隔离的两线圈，设计制作了一个谐振耦合电能无线传输装置。

系统以MSP430F149单片机控制振荡频率，通过驱动电路与单管逆变电路产生高频功率源，经发射与接收线圈进行无线能量传输，到后级再经整流滤波电路，用来点亮LED。

设计分四个模块:单片机控制模块、驱动与高频逆变模块、发送与接收模块、整流滤波模块。

从输入15V经辅助电源给单片机与驱动电路提供电压，产生的功率源经收发线圈，可以实现DC-AC-DC的无线电能传输。

测试结果表明，空间隔离的两空心线圈达到谐振耦合时，线圈之间的传递能量最大，从而很好的实现了无线电能传输的功能。

关键词：能量无线传输；谐振耦合；单管逆变- 1 -1 引言随着电子技术的快速发展与个人电子设备的普及，无线电能传输装置也应运而生。

无线电能传输解决了传统电能传输的大电能存储和传输材料的问题，若技术成熟，可以广泛的应用到医疗电子产品、个人电子产品、工业电子产品等方面。

而本次题目要求设计一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，因此我们采用单管高频逆变搭建高频功率源。

此次要求要接收端电压至少为8V，电流0.5A，这使得系统中的设计及参数要求更加的精准、严格。

2整体设计本系统设计输入为15V直流，输出为8V以上直流电压，0.5A电流的无线电能传输装置。

整个系统主要采用MSP430F149为主控芯片，12864液晶显示，IR2110驱动，IRF540 MOS管，通过单片机控制频率振荡、稳压和驱动电路、高频单管逆变电路、发射线圈等几部分组成发射部分，再由接收线圈、整流电路、滤波电路等几部分组成接收部分。

多功能电子表的设计与实现——基于Basys2开发板电路设计及仿真1.实验目的1．了解有关FPGA的基本知识以及在电路设计的应用；2．了解并学会利用Verilog HDL硬件开发语言设计特定功能的电路，加深对知识的理解；3．了解Basys2开发板的特点并利用其元件在硬件上实现电路功能；4．在完成电路设计的过程中积累实际工程开发的经验；5．培养对于新型实验器材的理解和学习能力；6．在实验中练习并熟悉有关嵌入式系统开发的过程，为未来的学习打下基础。

2.总体设计方案或技术路线1．查阅资料，了解Basys2工作相关特点，对于FPGA的开发过程有初步认识；2．学习Verilog HDL硬件开发语言，阅读相关程序实例加深对于编程语言及模块的理解；3．确定本次试验电子表的功能，编写程序进行实现；4．对于编写程序进行调试，修改编写过程中出现的语法错误；5．再对上一步中调试好的程序进行仿真，编写仿真代码，分析输出并进一步修改程序；6．对于仿真好的程序建立ucf文件进行引脚约束及综合，生成bit文件；7.将bit文件烧写到开发板中，在硬件中实现预定功能；8.对整个实验过程进行总结，分析输出效果并寻找改进方法。

3.实验电路图由于本实验的电路设计基本全部由Verilog HDL硬件编程语言完成（具体代码附于报告结尾处），因此，没有具体芯片电路图。

而在仿真软件中，提供了实验电路的RTL级原理图和技术原理图。

因此我们可以利用ISE Design Suite 14.7电路设计和仿真软件自动生成实验电路的原理图，具体操作过程为，在编写好程序后，双击鼠标左键选择运行Synthesize - XST对电路进行综合，综合成功后，在其子目录下会有View RTL Schematic和View Technology Schematic两个选项，双击这两个选项即可查看该电路的RTL级原理图和技术原理图（如下图）。

由于电路的搭建主要由代码实现，因此软件提供的主要为电路的输入输出原理图，而非具体的电路图，但对于工程的建立与调试已经足够，也就不需要另画详细的电路图了RTL级原理图：技术原理图：4. 仪器设备名称、型号1．Basys2 FPGA开发板（配有电源及烧写程序线，可与PC计算机相连）；2．Xilinx电路设计及仿真软件ISE Design Suite（版本号14.7）；3．PC计算机，Win7系统；5.理论分析或仿真分析结果1．电路理论及功能分析本实验的目的是设计一个电子表，目前市面上销售的电子表主要有以下功能：时钟计时、调整时间、秒表和照明及发送信号功能（由于Basys2开发板上没有自带蜂鸣器，因此闹钟功能相对较难实现）。

等级：课程设计课程名称单片机原理与应用课题名称电子表专业电气工程及其自动化班级学号姓名指导教师2014年月日设计内容与设计要求设计内容：本课题要求以单片机为核心设计一个多功能电子表，具有电子时钟、时钟设置和跑表功能。

做时钟时在6位LED 显示器上显示时、分、秒，做跑表时显示范围000.0秒~999.9秒，并具有时钟启动、时钟停止、跑表启动、跑表复位、时钟调整功能键。

要求焊接好开发板，在开发板上进行调试。

设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计；3）完成必要元器件选择；4）开发板焊接及测试5）系统软件设计及调试；6）系统联调及操作说明7）写说明书主要设计条件1、MCS-51单片机实验箱1台；2、PC机及单片机调试软件，仿真软件proteus；3、开发板1块；4、制作工具1套；5、系统设计所需的元器件。

说明书格式封面课程设计任务书目录第1章、概述第2章、系统总体方案设计第3章硬件设计第4章开发板焊接及其测试第5章软件设计与说明（包括流程图）第6章调试步骤、结果、使用说明第7章设计总结第8章参考文献附录：系统电路原理图（用PROTEL99制作）、系统程序清单。

电气与信息工程系课程设计评分表进度安排设计时间分为二周第一周星期一、上午：布置课题任务，课题介绍及讲课。

下午：借阅有关资料，总体方案讨论。

星期二、分班级焊接开发板星期三、确定总体方案，学习与设计相关内容。

星期四、各部分方案设计，各部分设计。

星期五、设计及上机调试。

星期六、设计并调试第二周星期一：设计及上机调试。

星期二：调试，中期检查。

星期三：调试、写说明书。

星期四--星期五上午：写说明书、完成电子版并打印成稿。

星期五下午：答辩。

参考文献1、王迎旭编.《单片机原理与应用》[M].机械工业出版社.2、楼然苗编.《51系列单片机设计实例》[M].北京航空航天大学出版社.3、黄勤编.《计算机硬件技术基础实验教程》[M].重庆大学出版社4、刘乐善编.《微型计算机接口技术及应用》[M].华中科技大学出版社.5、陈光东编.《单片微型计算机原理及接口技术》[M].华中科技大学出版社.6、周向红编《51系列单片机应用与实践教程》[M].北航出版社目录第一章绪论 (1)第二章系统总体方案设计 (2)2.1 课程设计内容要求 (2)2.2 设计思路分析 (2)第三章硬件设计 (3)3.1 系统框图 (3)3.2 单片机型号的选择 (3)3.3 显示器选择 (4)3.4 时钟电路 (4)3.5 显示电路 (5)3.6 总体电路原理图 (5)第四章开发板焊接及测试................... 错误！未定义书签。

2014年山西省电子设计大赛题目：低功耗数字多功能万用表参赛学校：中北大学参加人员：指导老师：时间：2014.10.21低功耗数字多功能表的设计制作摘要：本系统采用飞思卡尔公司提供的KL26超低功微控制器为控制核心，以电源模块、直流电压测量模块、交流电压测量模块、电阻测量模块、电容测量模块、晶体三极管β参数测量模块、12864液晶显示模块，正弦信号产生模块等为主要模块，实现了对直流电压、交流电压、电阻、电容、三极管β的精确测量，并成功地完成了发挥部分自动关机、正弦信号的产生等内容。

最终经过测试，系统各项测试指标都超出题目精度要求。

在整体设计中，充分考虑到了系统对功耗的要求。

关键字：低功耗KL26 精确测量DDSAbstract: This system take the KL26 very low power microcontroller as the control core ,at the same time ,it take the power module ,AC voltage measurement module, resistance measurement module, capacitance measurement module, transistor’s βparameter measurement module, AD transition module, LCD module ，, sinusoidal signal module as the main module . It can achieve function of the accurate measurement of AC，DC，resistance, capacitance, transistor , as while as the extend part . In power supply changeover module, the lose power is produced by 7PS60400DBVT provided by TI .Finally, all indicators of the system reached the accuracy requirement through test.In the process of designing, to the requirements of the system power consumption,we have full consideration.Low power consumption is also the one big characteristic of this systemKey Words: low-power–consumption KL26 accurate-measurement DDS目录1.总体思路与研究方案 (4)1.1系统总体方案 (4)1.2方案设计与论证 (4)1.2.1电源模块 (4)1.2.2 单片机控制模块 (5)1.2.3 直流电压测量模块 (5)1.2.4 交流电压测量模块 (5)1.2.5 电阻测量模块 (5)1.2.6 电容测量模块 (6)1.2.7晶体三极管β参数测量模块 (6)1.2.8 显示模块 (6)1.2.9 正弦信号产生模块 (7)1.3 系统设计 (7)2. 系统电路设计 (8)2.1系统总电路图 (8)2.2 电源模块电路 (8)2.3 直流电压测量电路 (9)2.4交流电压测量电路 (10)2.5 电阻测量电路 (10)2.6 电容测量电路 (10)2.7 晶体三极管β参数测量电路 (11)2.8 正弦波信号产生电路 (11)3.系统软件设计4、系统测试与结果分析 ........................................ 错误!未定义书签。

目录1 多功能电子表设计目的及意义2多功能电子表设计内容（1）总体设计方案简介（2）单元电路设计（3）总电路图（4）软件设计，编程思路，给出流程图，程序清单（附注释）（5）仿真结果3 结果分析4 设计总结5设计心得参考文献附录1.多功能电子表设计目的及意义1.1多功能电子表设计目的：目的：学生通过自己动手设计制作，将电子技术相关理论知识与制作实践相结合，提高学生的动手能力，加深对电子技术原理的理解，增加学习电子技术的兴趣，为今后投入电子技术的开发应用打好基础。

1.2多功能电子表设计意义：意义：2.多功能电子表的设计内容2.1总体设计方案简介1.功能简介及摘要多功能电子表是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑码头﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。

本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字电子钟。

要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用74LS160(10进制计数器)74LS00(与非门芯片)等连接成60和24进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字电子钟。

2.设计流程多功能电子表一般由振荡器、分频器、译码器、显示器等部分组成。

这些都是数字电路中应用最广泛的基本电路。

多功能电子表的基本计流程框图如下所示;图1 结构框图3.各部分功能说明1、振荡器振荡器是多功能电子表的核心，它的作用是产生一个频率标准，即时间标准信号，然后再由分频器分成秒脉冲，即“秒”时间脉冲。

因此正当其频率的精度与稳定度基本决定了多功能电子表的质量。

为了产生稳定的时间标准信号，一般采用石英晶体振荡器。

从多功能电子表的精度考虑，晶体振荡频率越高，秒针的时间精度越高。

但这会使振荡器的耗电量增大，分频器的级数也要增多，所以在确定频率时，应当天考虑这两方面因素，然后再选用石英晶体振荡器型。

多功能数字万用表设计与制作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。

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STM32F103RBT6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、电感、电容，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OLED3.1液晶显示器，仪表采用220V交流供电使之成为性能更优越的高精度电工仪表。

目录1摘要 (2)2项目概述与功能需求 (5)3项目论证 (6)3.1 总体方案论证 (6)3.1.1 设计目标 (6)3.1.2 总体设计方案 (6)3.2 小模块方案设计 (9)3.3 项目设计 (12)4项目设计 (12)4.1 系统硬件设计 (12)4.1.1 测直流电流模块 (12)4.1.2 测直流电压模块 (14)4.3.3 侧交流电压模块 ......... 错误!未定义书签。

4.1.4测电阻模块 .................. 错误!未定义书签。

7 4.1.5 测电容模块 ................. 错误!未定义书签。

摘要：该数字多功能表以高精度和低功耗为出发点设计制作而成，应用A VR单片机控制整个系统实现各模块的功能，以9V方电池经过稳压变换提供电源，主要包括自制ICL8038芯片正弦信号发生模块，电阻、电容、三极管测试模块，基于AD637交流真有效值转换模块，以及AD/DA转换模块等。

信号源能产生10HZ～100kHz的低失真正弦波，采样电路由TLC2543为12位数据采集芯片，数据精度高，对交直流电压、电阻、电容、三极管β参数分压采样，接着，模拟正弦信号经过AD637转换有效值送入A/D，测量结果在LCD上显示，电压、电阻相对误差0.8%左右，电容相对误差约为4.7%，β参数相对误差1.7%左右，均能达到题目要求的指标。

外部键盘实现测量档位的切换和控制输入，能自动进入低功耗模式和实现任意键恢复。

关键字：多功能表，低功耗，高精度，信号源1系统设计1．1系统总体方案设计与结构框图根据题目要求，本电路由电源模块、基于ICL8038信号源产生模块，控制器模块，基于AD637交流真有效值转换模块，交直流电压、电阻、电容、三极管β参数测试模块，AD 采样模块，DA信号输出模块，键盘模块，液晶显示等模块组成。

系统结构图如图1所示：图1 系统结构图1.2 各模块方案论证和选择1.2.1 控制器模块根据题目要求，控制器主要用于显示器显示，采集模拟量、输出数字量调节信号、低功耗休眠及唤醒、键盘操作等。

对于控制器的选择方案如下：方案一：采用A TMEL公司的AT89C51单片机作为主控制器，产品硬件结构合理，指令系统规范，软件编程可灵活、自由度大、可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,但是，其指令系统不等长，指令多、精确度不高、CPU效率低、执行速度慢等，在掉电时，才采用进入休眠状态。

方案二：采用A VR单片机作为主控制器，其显著的特点为高性能、高速度、低功耗、超功能精简指令、通用数字I/O口的输入输出特性便于各种应用特性的需要，具有多种方式的休眠节电功能和低功耗工作模式，片内集成了可擦写的EEPROM数据存储器，与我们方案符合度较高。

自制科技一等奖《多功能智能手表》设计
方案
简介
本文档介绍了一种多功能智能手表的设计方案，旨在提供全天候的健康监测、智能通信、便捷生活管理等功能，以满足用户的多样化需求。

设计理念
我们的设计理念是将科技与时尚相结合，打造一款既具备创新科技功能又兼具时尚外观的智能手表。

通过精心设计的界面和人性化的操作，将科技智能融入用户的日常生活中。

主要功能
- 健康监测：手表内置传感器可实时监测心率、血压等健康指标，并将数据同步至手机应用，供用户查阅和分析。

- 智能通信：支持蓝牙连接，可以接收来电、短信和社交媒体通知，方便用户随时了解重要信息。

- 生活管理：内置日历、闹钟、计步器等功能，方便用户管理日常生活和计划活动。

- 多样化表盘：提供多款精美表盘可供用户选择，满足不同用户的个性化需求。

技术创新
- 电量优化：采用高效能电池和智能节能技术，延长手表续航时间，避免频繁充电。

- 全天候防护：手表经过防水、防尘和耐震设计，能在各种复杂环境下正常运作。

- 数据保护：用户的个人数据将进行端到端加密保护，确保用户隐私安全。

市场潜力
多功能智能手表在当前科技和健康潮流风口下具有广阔的市场潜力。

随着人们对健康管理和智能生活的需求增加，多功能智能手表将成为未来市场的主流产品。

结论
本设计方案提出了一种具有多功能和创新科技的智能手表，该手表可实现健康监测、智能通信和便捷生活管理等功能。

通过结合
科技与时尚，我们相信这款手表将在市场上获得成功，并满足用户对于科技智能产品的需求。