【正文】 倍數(shù)關(guān)系，由，運(yùn)放的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有如下關(guān)系： （4）對(duì)上述方程組進(jìn)行整理，并采用與信號(hào)衰減部分相同的處理方法，可得如下關(guān)系式： （5）取，依次可算得，（由電阻串聯(lián)得到），（由電阻串聯(lián)得到），（電阻串聯(lián)得到）。另外，由于多路選擇開(kāi)關(guān)MAX4617的內(nèi)阻是跟運(yùn)放的輸入阻抗串連在一起的，并沒(méi)有接入反饋網(wǎng)絡(luò)，所以MAX4617不會(huì)影響電壓放大倍數(shù)。通過(guò)以上分析可知，只要控制好MAX4167的C、B、A電平狀態(tài)，就能得到相應(yīng)的信號(hào)衰減倍數(shù)。MAX4167是美信公司生產(chǎn)的8選1高速模擬開(kāi)關(guān)，典型條件下，選通時(shí)電阻值僅為8Ω，非選通的通道衰減達(dá)93dB，輸入輸出頻率特性曲線在50MHz時(shí)仍相當(dāng)平坦，其功能框圖見(jiàn)圖 3[7] [8] [9]圖 36 MAX4617功能框圖 A、B、C為選通控制引腳，X為公共端，X0~X7為模擬輸入端，ENABLE為使能端，低電平有效，其真值表如表 31：表 01 MAX4617真值表為了得到不同的衰減倍數(shù)，、B、A電平狀態(tài)來(lái)選擇相應(yīng)的X0~X5，從而改變電阻網(wǎng)絡(luò)的分配，得到不同的衰減倍數(shù)。防止被測(cè)信號(hào)的電壓過(guò)高燒壞后級(jí)元器件，起輸入保護(hù)作用。1. 輸入耦合、保護(hù)和電壓跟隨電路圖 34 耦合、輸入保護(hù)、跟隨器部分圖 為輸入耦合、保護(hù)和電壓跟隨部分電路原理圖。模擬電源和數(shù)字電源的的前端都是通過(guò)變壓器經(jīng)橋式整流后提供的，此部分電路如圖 ：圖 31 變壓器橋式整流電路需要采用模擬電源供電的主要包括運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電源電路原理圖如圖 2，為了降低紋波，其輸出級(jí)增加了二級(jí)濾波電路。因?yàn)門humb代碼和ARM代碼一樣，是在相同的32位寄存器上進(jìn)行操作。ARM7TDMIS使用了流水線技術(shù)，處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。 ARM核心的LPC2138處理器介紹LPC2138處理器是采用ARM7TDMIS核，ARM7TDMIS核是通用的32位微處理器內(nèi)核，具有高性能和低功耗的特性。輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬通道的處理后經(jīng)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由微控制器處理。這就要求每個(gè)任務(wù)都有自己的堆棧，保存任務(wù)切換和被中斷時(shí)環(huán)境的上下文變量。uC/OSII可以管理64個(gè)任務(wù)，用戶可以使用其中56個(gè)。用戶一旦移植uC/OSII到自己的微處理器，就可以在此基礎(chǔ)上編寫應(yīng)用程序，并把uC/OSII作為自己產(chǎn)品的一部分固化在里面?，F(xiàn)在很多高等學(xué)校將uC/OSII應(yīng)用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)教學(xué)。到現(xiàn)在為止，uC/OSII已經(jīng)被移植到了40多種微處理器上，這些微處理器從8位到64位都有，在各個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)有數(shù)千個(gè)應(yīng)用使用該內(nèi)核。另外，LPC2138的外部總線是開(kāi)放的，這樣我們就能方便地?cái)U(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通過(guò)外部總線控制器（EMC）也可以使我們方便、高速地控制LCD控制器，簡(jiǎn)化了顯示部分的電路設(shè)計(jì)。極高的性價(jià)比和代碼密度以及出色的實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)和極低的功耗使得它已經(jīng)成為嵌入式控制器的主流。 硬件需求分析作為一個(gè)高性能的測(cè)量?jī)x器，要求系統(tǒng)要具備處理大量數(shù)據(jù)的能力，尤其是要作一些相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理，更是要求處理器應(yīng)具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力。第2章 智能多用表系統(tǒng)框圖及實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的智能多用表是集示波器、頻率計(jì)、萬(wàn)用表功能于一體的，這是一個(gè)以應(yīng)用為中心，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本等綜合性都要求嚴(yán)格的專用嵌入式系統(tǒng)，功能繁多，處理復(fù)雜，要求具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)的體系，這就需要選用嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)。釋抑時(shí)間的作用是改變掃描周期，以同步復(fù)雜的被測(cè)信號(hào)，如脈沖串等。本設(shè)計(jì)所采用的ADC最高的采樣速率為500KSPS，要避免頻率混迭，則輸入信號(hào)的頻率不能超過(guò)250KHz。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子K相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要性能指標(biāo) 帶寬測(cè)量交流電信號(hào)時(shí)，示波器通常有其最大頻率，超過(guò)這個(gè)頻率波形測(cè)量精度就會(huì)下降，這一頻率就是示波器的帶寬。此外，數(shù)字存儲(chǔ)示波器還具有高帶寬、高取樣速度、豐富的觸發(fā)功能等特點(diǎn)，正是由于數(shù)字示波器所具有這些特點(diǎn)，使得它現(xiàn)在正取代傳統(tǒng)的模擬示波器成為信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域的新寵。 智能多用表的原理與特點(diǎn)[1]現(xiàn)代多用表的原理與特點(diǎn)多用表中測(cè)量電壓、電流和電阻部分是基于電壓的AD采樣技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，然后經(jīng)過(guò)一些算法對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采集最后在顯示屏上顯示出所測(cè)量信號(hào)的結(jié)果。在今天幾乎無(wú)所不在的電子產(chǎn)品應(yīng)用中，尤其是加速現(xiàn)代化的國(guó)防領(lǐng)域，現(xiàn)代軍事通信的迅速發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，以及航空、航天領(lǐng)域特殊的環(huán)境要求，都對(duì)電子設(shè)備線路的安裝、維護(hù)提出了更高的要求，而此時(shí)傳統(tǒng)的模擬示波器已經(jīng)無(wú)法勝任，此時(shí)人們寄希望于電子技術(shù)領(lǐng)域的最新成就，檢測(cè)工具的發(fā)展促進(jìn)了電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)的發(fā)展反過(guò)來(lái)又對(duì)檢測(cè)工具提出了更高的要求。針對(duì)為何使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器這個(gè)問(wèn)題，下面的一些理由足以說(shuō)服你。而通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量傳感器，多用表也可以很方便地觀測(cè)和研究各種非電量的變化現(xiàn)象和過(guò)程。在電子測(cè)量和檢測(cè)領(lǐng)域中，多用表無(wú)疑是最常見(jiàn)、應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一。 smart multimeter for the design of a relatively good design ideas.Key words: measurement circuit。波形顯示。ARM7該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、界面直觀等特點(diǎn)。本論文主要論述了一種智能多用表的各種模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。 框圖。 waveform display。它作為一種用來(lái)測(cè)試、顯示被信號(hào)的波形和能夠記錄、存儲(chǔ)、處理待研究變化過(guò)程波形參數(shù)的電子測(cè)量?jī)x器。該多用表集成萬(wàn)用表和數(shù)字存儲(chǔ)示波器為一體。傳統(tǒng)的模擬示波器雖然功能齊全，但是由于受陰極射線管的影響使得其帶寬很難得到實(shí)質(zhì)的提高，模擬示波器顯示時(shí)采用的熒光物質(zhì)的余輝時(shí)間都是一定的，導(dǎo)致其難以觀測(cè)到周期較長(zhǎng)的信號(hào)（如周期為數(shù)秒乃至更長(zhǎng)），而對(duì)于單次發(fā)生的信號(hào)，傳統(tǒng)的示波器則基本上無(wú)法觀察。自美國(guó)尼科萊特公司于1972年研制成功數(shù)字存儲(chǔ)示波器以來(lái)，各國(guó)先后生產(chǎn)各種型號(hào)與規(guī)格的具有數(shù)字存儲(chǔ)和取出顯示功能的測(cè)量示波器。對(duì)于溫度等其他功能是應(yīng)用相應(yīng)的傳感器來(lái)檢測(cè)出對(duì)應(yīng)的物理量并把測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái) 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理與特點(diǎn)數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO，Digital Storage Oscilloscope）采用各種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)來(lái)滿足各種應(yīng)用。 智能多用表的主要性能指標(biāo) 智能多用表的主要性能指標(biāo)所測(cè)量量程的范圍 測(cè)量范圍的大小是一個(gè)多用表好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果范圍太小就不能稱之為一個(gè)合格的產(chǎn)品，范圍是越大越好，但是這個(gè)性能指標(biāo)跟精度是一個(gè)矛盾的關(guān)系，測(cè)量范圍大了精度就下降了。通常定義示波器靈敏度下降3dB時(shí)的頻率為示波器的帶寬，換句話說(shuō)，當(dāng)示波器所測(cè)得的信號(hào)幅度為示波器輸入端真實(shí)信號(hào)值幅度的71%處的頻率值即為示波器的帶寬。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。 采樣速率 采樣速率也稱為數(shù)字化速率，是指單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)模擬輸入信號(hào)的采樣次數(shù)，通常以MSPS表示。 存儲(chǔ)深度 存儲(chǔ)深度由采樣存儲(chǔ)器的最大存儲(chǔ)深度來(lái)表示，又稱為記錄長(zhǎng)度，是示波器可以存儲(chǔ)的最多采樣點(diǎn)數(shù)。在實(shí)時(shí)數(shù)字示波器中，由于數(shù)字采集系統(tǒng)連續(xù)不斷地采集，在釋抑期間內(nèi)采集并不停止，釋抑時(shí)間計(jì)滿后其后的第一個(gè)觸發(fā)脈沖產(chǎn)生下一次有效觸發(fā)。嵌入式系統(tǒng)包含了硬件和軟件兩個(gè)方面，其中硬件主要由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、I/O端口以及相關(guān)外圍器件和電路組成，軟件部分主要由嵌入式操作系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。智能多用表的另一個(gè)特點(diǎn)就是功能較多，這樣就需要更多的外圍設(shè)備，更多的外圍設(shè)備也就要求微控制器要具備強(qiáng)大的邏輯控制能力。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們選用的是LPC2138控制器。 軟件需求分析智能多用表所要實(shí)現(xiàn)的功能較多，控制對(duì)象和控制任務(wù)也很復(fù)雜，在這種情況下，如果采用傳統(tǒng)的前后臺(tái)形式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，將是非常困難的，即時(shí)實(shí)現(xiàn)了某些功能，也難以滿足實(shí)時(shí)性的要求。它有很好的穩(wěn)定性和可靠性。uC/OSII具有可移植性，絕大部分源代碼是用C語(yǔ)言編寫的；而與微處理器密切相關(guān)的部分用匯編語(yǔ)言編寫。uC/OSII是可裁剪的，用戶可以根據(jù)自己的需要決定使用內(nèi)核中的多少成分。絕大多數(shù)uC/OSII的函數(shù)調(diào)用和服務(wù)的執(zhí)行時(shí)間具有可確定性?；趗C/OSII具有以上優(yōu)點(diǎn)，我們選用uC/OSII作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。各個(gè)部分都有相應(yīng)的功能模塊電路構(gòu)成，詳細(xì)功能框圖如圖 22液晶顯示電路lcd模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D按鍵開(kāi)關(guān)電路S電阻/電壓轉(zhuǎn)換電路R/U電流/電壓轉(zhuǎn)換電路I/U放大/衰減電路輸入電容/電壓轉(zhuǎn)換電路C/U電源頻率測(cè)量電路圖 22 智能多用表詳細(xì)功能框圖如圖22所示為智能萬(wàn)用表的測(cè)量基本原理框圖。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISCReduced Instruction Set Computer）原理而設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡(jiǎn)單得多。通常在執(zhí)行一條指令的同時(shí)就對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲(chǔ)器中取出，如同23所示：取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行 取指譯碼執(zhí)行 圖23 ARM單周期指令3級(jí)流水線操作ARM7TDMIS處理器使用了一個(gè)被稱為Thumb的獨(dú)特結(jié)構(gòu)化策略，非常適合那些對(duì)存儲(chǔ)器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。Thumb代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但其性能卻是連接到16位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。圖 321 正負(fù)5負(fù)模擬電源電路原理圖圖 322 正負(fù)12負(fù)模擬電源電路原理圖 需要采用數(shù)字電源供電的主要有A/D轉(zhuǎn)換器、高速FIFO、多路選擇開(kāi)關(guān)、按鍵控制芯片等，數(shù)字電源電路如下：圖 33 數(shù)字電源電路圖 由于數(shù)字系統(tǒng)對(duì)電源的紋波及噪聲要求都比較低，故在電路中沒(méi)有加LC濾波電路。MAX4187為270MHz四通道電流反饋型運(yùn)算放大器[9]。2. 信號(hào)衰減電路由于ADC的輸入信號(hào)需在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)過(guò)大時(shí)，就需要先對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的衰減，來(lái)滿足ADC的參數(shù)要求?，F(xiàn)設(shè)置當(dāng)Xout連接到不同的Xn時(shí)，電壓衰減倍數(shù)如表 332：表 02 所選開(kāi)關(guān)和電壓衰減倍數(shù)關(guān)系開(kāi)關(guān)選擇電壓衰減倍數(shù)Xout－X020Xout－X116Xout－X212Xout－X38Xout－X44Xout－X52為了滿足表 332的倍數(shù)關(guān)系，由，運(yùn)放的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有如下關(guān)系： (1)對(duì)上述方程組進(jìn)行整理，可得： (2)此方程組共6個(gè)方程，7個(gè)未知量，屬不完全約束，有無(wú)窮多組解，但要人工計(jì)算得到一組合適的解是比較麻煩的，為此可以借助MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算能力來(lái)解決。在圖 中，C、B、。3. 信號(hào)放大電路當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓過(guò)大時(shí)需要進(jìn)行衰減，同樣，當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓過(guò)小時(shí)，就要對(duì)其進(jìn)行電壓放大，以得到最佳的ADC轉(zhuǎn)換精度。由于在圖 所示的信號(hào)衰減電路中，信號(hào)從運(yùn)放的反相端輸入，輸出電壓與輸入電壓具有反相的關(guān)系，而信號(hào)放大時(shí)輸出電壓與輸入電壓同相，故與反相，此時(shí)可再將反相，即可得到與同相的電壓信號(hào)，此即圖 中的U1D運(yùn)放部分（放大倍數(shù)為），此時(shí)得到的電壓可直接送入AD9288模擬輸入引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖 38 不正常觸發(fā)時(shí)顯示的波形圖 39 正常觸發(fā)時(shí)顯示的波形在本系統(tǒng)中，共設(shè)置了上升沿和下降沿兩種觸發(fā)方式，這種觸發(fā)信號(hào)來(lái)源于整波電路，見(jiàn)Error! Reference source not 。一般地，測(cè)量頻率或周期的方法有測(cè)頻法和測(cè)周法兩種，對(duì)于整形后頻率較高的信號(hào)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)周期的時(shí)鐘信號(hào)作為門限，利用定時(shí)器對(duì)外部信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)的方式，來(lái)確定被測(cè)信號(hào)的頻率。一般地，在一個(gè)智能多用表中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包含采樣時(shí)鐘發(fā)生模塊、ADC采樣模塊、高速FIFO模塊三個(gè)部分，三者的關(guān)系如圖 。圖 42 MC12429時(shí)鐘發(fā)生電路MC12429不但支持并口編程模式，還支持串口編程模式，這給使用者帶來(lái)了很大的方便，并且其操作非常簡(jiǎn)單。由于P_LOAD、M[8：0]、N[1：0]引腳內(nèi)部均有上拉電阻，故沒(méi)有另外接電路。由于模/數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9288要求采樣時(shí)鐘為CMOS電平，高速FIFO SN74V293的寫時(shí)鐘也要求是CMOS電平，而MC12429的FOUT端輸出的是PECL電平的信號(hào)，因此AD9288 和SN74V293的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘都不能直接由MC12429的FOUT端輸出．而從應(yīng)采用TEST(Pin 20)端輸出。LPC2290對(duì)MC12429進(jìn)行編程時(shí)，先傳輸T[2：0]，再傳輸N[1：0]，最后傳輸M[8：0]，不論是T，還是N，M，都是先傳輸高位(MSB)。首先，它要受到量化范圍的限制。另外，A/D對(duì)量化值進(jìn)行編碼的位數(shù)決定了采樣模擬信號(hào)的精確性。 8個(gè)引腳復(fù)用為輸入腳216。 模擬輸入范圍：030V；該系統(tǒng)所帶的A/D轉(zhuǎn)換器包含兩個(gè)寄存器，A/D控制寄存器和A/D數(shù)據(jù)寄存器。 FIFO設(shè)計(jì) FIFO的選擇當(dāng)模擬信號(hào)被 A/D 采樣進(jìn)來(lái)以后，需要有一個(gè)能夠快速保存采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器。所以，它比一般存儲(chǔ)器的讀取速度要快很多，能夠滿足在高速采樣中對(duì)存儲(chǔ)器快速讀寫的要求。 最快6ns的讀寫周期；216。 零等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)（適合級(jí)聯(lián)模式）；216。 可編程的空信號(hào)和滿信號(hào)觸發(fā)位置；216。 獨(dú)