全国大学生电子设计大赛论文

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1、2012山东省大学生电子设计竞赛论文题目:低功耗数字多功能表的设计制作论文编号：072A006参赛学校：青岛工学院参赛学生：王天晖王朋王传沛联系方式153155147291365868456215275240127指导教师：金余义麻名蕊二○一二年九低功耗数字多功能表的设计制作摘要：本低功耗数字多功能表的设计是以TI公司的32位低功耗单片机LM3S1138为主控制核心，利用NE555-TI芯片组成的多谐振荡电路将电阻值和电容值的变化转换成方波脉冲频率的变化、利用TLC372-TI芯片组成的过零比较器电路

2、将交流电压转换成方波频率的变化，然后计数器测频后通过单片机运算，最后将计算出的值送给LCD显示，达到了精确测量的效果。通过单片机控制AD9851芯片输出频率和幅值可调的正弦波，实现了正弦波信号源的功能。为了降低功耗，系统采用单片机所具有的休眠模式，完成了自动开、关机的功能。系统还使用了语音WT588D模块使系统更加人性化。关键词：LM3S1138单片机；NE555-TI；低功耗数字多功能表；休眠模式；1方案论证与设计本系统先设计总体方案，列举关键模块，然后对关键模块进行论证与选择。1.1总体方案与系统

3、框图根据题目的要求，本低功耗数字多功能表的设计制作主要由测量模块、控制器模块、按键选择模块和显示模块等几大部分构成。系统总体框图如图1所示。图1系统整体框图1.2模块的论证与选择1.2.1控制器模块的论证选择方案一：采用89C51控制。此方案的优点是成本低，运用广泛，容易上手。但该单片机能够实用的片内外资源有限，定时计数器少、无A/D转换、能用的IO口比较少、频率低、处理速度慢、功耗高、功能单一，难以满足设计要求。方案二：采用TI公司提供的32位LM3S1138作为系统的核心控制器。LM3S1138

4、具有32位的RSIC性能，强大的MCU控制内核，可以工作在50MHz的频率下，多路中断，并设有内部优先级，处理速度快，并且还有多个GPIO，多个A/D转换端口等。就整体而言LM3S1138有更高的性价比，且功耗比较低。由于LM3S1138具有强大的功能、丰富的中断定时器及A/D转换模块，并且功耗很低，故选择方案二。1.2.2放大器的论证及选择方案一：采用一般的反相放大器，结构简单，但精度不高，波形很容易失真，一般达不到题目的指标要求。方案二：采用由TI公司生产的高精度低噪声运放芯片OPA227-TI,

5、该集成运放芯片具有低功耗、低失真、低温漂、低噪声、高带宽和较广增益等特点。综上所述，由于本设计对测量的精度要求较高，故采纳方案二。131.2.3显示模块的论证与选择方案一：采用LED数码管显示，控制比较简单，但占用较多的I/O口，不能实现资源的有效利用，而且只能显示一些简单的字符，显示信息量有限。方案二：采用LCD液晶显示，优点是功耗低、字迹清晰、美观、视觉舒服，因此具有友好的人机交流显示界面，还能更好的显示其它功能。基于上述LCD液晶屏的优点，本设计选择方案二。2原理分析计算与硬件电路图2.1直流供

6、电系统DC/DC的选择与参数计算系统中，单片机需3.3V供电，运算放大器需要±5V供电,本设计采用了AZ1117三端稳压管输出3.3V电压；采用7805和7905三端稳压管输出±5V电压。电压产生电路见附录一图1所示。由公式（2-1）得电路总功耗P。（2-1）其中U是模块供电电压，I是电路总电流，P是电路总功耗。2.2直流电压测量电路为了精确的使单片机对采集到的数据进行数模转换，系统需要对测量到的小电压进行放大，大电压进行缩减，如图2所示，本设计中使用了TI公司的集成运放芯片OPA227-TI组成同向

7、比例运算电路对采集到的电压Ui(0—0.2V)进行了10倍的放大，其放大计算公式为：(2-2-1)图2同向比例运算电路如图3所示电路是利用了串联电路分压的原理把采集到的电压Ux（0—20V）进行了10倍的缩减,其缩减计算公式为：(2-2-2)图3串联分压电路132.3交流电压测量电路如图4所示电路的设计采用TI公司提供的集成运放TLC372-TI芯片，用此芯片组成过零比较器电路，从集成运放输出端的限幅电路可以知道:(2-3)图4过零比较器电路图2.4电阻测量电路TI公司提供的NE555定时器是一种用途

8、很广的集成电路，只需接少量R、C元件，就可以构成多谐、单稳态及施密特触发器。电阻的测量采用“脉冲计数”，由NE555电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的频率来计算被测电阻的大小。如图5所示为电阻测试电路仿真图。图5电阻测试电路仿真图NE555-TI接成多谐振荡器的形式，其振荡周期为：(2-4-1)得出：(2-4-2)即：(2-4-3)132.5电容测量电路电容的测量同样采用“脉冲计数法”，由NE555-TI电路构成的多谐振荡电路，通过计算振荡输出的