【正文】 基于 ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 目 錄 第一章 緒 論 .................................................................................. 1 智能多用表概述 .................................................................. 1 智能多用表國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .............................................. 1 智能多用表的原理與特點(diǎn) .................................................. 2 智能多用表的主要性能指標(biāo) .............................................. 3 第二章 智能多用表系統(tǒng)框圖及實(shí)現(xiàn) .............................................. 5 智能多用表需求分析 .......................................................... 5 智能多用表系統(tǒng)整體框架 .................................................. 6 ARM 核心的 LPC2138 處理器介紹 .................................. 8 第三章 外圍電路設(shè)計(jì) ...................................................................... 9 電源電路設(shè)計(jì) ...................................................................... 9 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) ............................................................ 10 觸發(fā)電路設(shè)計(jì) .................................................................... 18 頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì) ............................................................ 19 第四章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................ 20 采樣時(shí)鐘設(shè)計(jì) .................................................................... 20 ADC 采樣模塊設(shè)計(jì) .......................................................... 22 FIFO 設(shè)計(jì) .......................................................................... 23 基于 ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 采樣的方法與實(shí)現(xiàn) ............................................................ 27 第五章 數(shù)據(jù)處理 ............................................................................ 34 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理 .................................................................... 34 數(shù)據(jù)顯示 ............................................................................ 37 第六章 系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn) ................................................................ 38 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................ 38 系統(tǒng)改進(jìn) ............................................................................ 41 結(jié)束語(yǔ) .............................................................................................. 42 參考文獻(xiàn) .......................................................................................... 43 附 錄 .......................................................................................... 43 致 謝 .......................................................................................... 81 基于 ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 1 第一章 緒 論 智能 多用表 概述 在現(xiàn)代科技領(lǐng)域當(dāng)中，電子測(cè)量手段一直是電子技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的重要課題，可以 想象 ，如果沒(méi)有精密的檢測(cè)手段， 將 很難生產(chǎn)出高質(zhì)量的電子產(chǎn)品，而在電子設(shè)備的使用過(guò)程中，如果沒(méi)有方便可靠的檢測(cè)工具，則不能很好的對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，了解機(jī)器運(yùn)行情況，也不能在出故障時(shí)進(jìn)行分析和處理。 基于 ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 Abstract This is a design based on ARM LPC2138 experimental platform smart multimeter。在對(duì)數(shù)字式示波表和數(shù)字式萬(wàn)用表進(jìn)行簡(jiǎn)要討論的基礎(chǔ)上， 對(duì) 數(shù)字式示波表和數(shù)字式萬(wàn)用表 的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 進(jìn)行了簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)分析；對(duì) 參數(shù)測(cè)量模塊 中的 電壓測(cè)量、電流測(cè)量、 電阻測(cè)量 和頻率 測(cè)量等模塊作了詳細(xì)的介紹和分析；在對(duì)這些模塊進(jìn)行文字講述的同時(shí)結(jié)合了各個(gè)任務(wù) 電路圖 ； 為智能多用表的設(shè)計(jì)提供了比較好的設(shè)計(jì)思路?；?ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 基于 ARM_LPC2138 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的智能多用表 摘 要 本設(shè)計(jì) 是一款 基于 ARM LPC2138 實(shí)驗(yàn) 平臺(tái) 的智能多用表 ；實(shí)現(xiàn)了 一般簡(jiǎn)單多用表和數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能。 關(guān)鍵詞 :測(cè)量電路 。 realization of the general simple multimeter and digital storage oscilloscope function. ARM7 The system is simple, intuitive interface and other features. This article focuses on a smart multimeter the various modules of the design and implementation. In the digital Oscillaph digital multimeter and a brief discussion on the basis of the digital Oscillaph digital multimeter and the system design was the design brief analysis of the parameters measured in the module voltage measurement, the current measurement, Resistance measurement and frequency of measurement modules, such as a detailed description and analysis in the text of these modules on the various tasks at the same time bining the circuit?？梢哉f(shuō)，如果不是檢測(cè)手段和檢測(cè)工具的發(fā)展，電子技術(shù)也就不可能有今天的成就，當(dāng)然，電子技術(shù)的發(fā)展也極大的促進(jìn)了檢測(cè)手段和測(cè)量?jī)x器的發(fā)展 和 進(jìn)步。就 多用表 的顯示原理而論，它不僅是觀測(cè)電壓、電流 、電阻 或其它被測(cè)信號(hào)波形的顯示儀器，而且是種能夠測(cè)量、顯示被觀察信號(hào)波形參數(shù)數(shù)值大小的電子儀表。 雖然 現(xiàn)代多用表 比較成熟， 功能比較完善 ， 但是 待測(cè)信號(hào)的波形還得用示波器才能顯示出來(lái)，所以想到做一個(gè)智能多用表集現(xiàn)代多用表和數(shù)字存儲(chǔ)示波器為一體的電子測(cè)量?jī)x器。另外，模擬示波器還無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些特殊的數(shù)學(xué)處理（如 FFT），由于傳統(tǒng)的示波器所存在的這些缺點(diǎn)， 從而使其應(yīng)用受到了限制 。 所以做出來(lái)的智能多用表也是在已有的多用表上加入當(dāng)前較為先進(jìn)的數(shù)字式示波器功能，使得電子測(cè)量工具更具集成性。 作為一種存儲(chǔ)式的示波器，它能夠以數(shù)字編碼的形式來(lái)存貯信號(hào)， 這意味著它能對(duì)信號(hào)波形“凍結(jié)”，即具有“固像”功能，以供進(jìn)一步詳盡分析，這一點(diǎn)尤其適于用于研究觀測(cè)非重復(fù)性的單脈沖信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)或緩慢變化的信號(hào)，并能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)信號(hào)波形的對(duì)比，還可以在波形存儲(chǔ)下來(lái)后 方便地通過(guò)各種接口（如 USB 接口） 將數(shù)據(jù)傳送至 PC 機(jī)上，進(jìn)一步作詳細(xì)的處理和分析 ，這些功能都是傳統(tǒng)的模擬示波器所不具備的。 所測(cè)量量 程 的精度 精度也是一個(gè)評(píng)價(jià)電子測(cè)量?jī)x器的標(biāo)準(zhǔn)，如果精度太低儀器所測(cè)量的結(jié)果跟實(shí)際值的誤差比較大，這樣對(duì)于一些 要求較高的場(chǎng)合顯然不適用，但是精度高了測(cè)量的范圍就會(huì)相應(yīng)的縮小了。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。例如說(shuō) TEK 公司的 TES520B 的帶寬為 500MHz，實(shí)際上是指其模擬帶寬為 500MHz，而最高數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬只能達(dá)到 400MHz 遠(yuǎn)低于 模擬帶寬。而采樣速率一味過(guò)高，則 ADC 不能得到最佳的信噪比，影響系統(tǒng)性能。在數(shù)字示波器中釋抑時(shí)間，是指從產(chǎn)生觸發(fā)并采集完 LCD 一屏的當(dāng)前掃描時(shí)間開(kāi)始起算直到允許下一次觸發(fā)的這段時(shí)間。如 200μ s。 智能多用表 需求分析 對(duì)于 智能多用表 的研制 我個(gè)人認(rèn)為是 一項(xiàng)難度較高的工程， 所以在設(shè)計(jì)之前我們有必要來(lái)分析其需求。 ARM 內(nèi)核采用精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ RISC）體系結(jié)構(gòu)，具有大量的通用寄存器。豐富的片內(nèi)外設(shè)也大大的簡(jiǎn)化了我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì) [2][3]。 2 uC/OSII 的簡(jiǎn)單介紹 uC/OSII 是 Jean 設(shè)計(jì)的完整、可移植、可固化、可裁剪的占先式實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，代碼絕大部分是用標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言編寫的。與一些商用的公開(kāi)代碼的實(shí)時(shí)內(nèi)核相比，它的源代碼清晰易讀，結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)，注釋詳盡。實(shí)踐證明 uC/OSII 可以在很大一部分微處理器上運(yùn)行?？蓜儕Z性和多任務(wù)也是 uC/OSII的重要特性，它總是運(yùn)行處于就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。中斷可以掛起 uC/OSII正在執(zhí)行的任務(wù)，中斷退出后執(zhí)行的任務(wù)是當(dāng)前就緒任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，而不一定是被中斷的任務(wù)。 圖 21 是本 智能 多用表的整體結(jié)構(gòu)框圖，從該框圖可以看出，除微控制器外， 智能 多用表主要由模擬通道、數(shù)據(jù)緩沖、 模數(shù)轉(zhuǎn)換、 存儲(chǔ)器擴(kuò)展和人機(jī)交互接口組成。本系統(tǒng) 由LPC2138 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能單元的操作與控制， 輸入的被測(cè)信號(hào)先是經(jīng)過(guò) 衰減 /放大電路 ，然后再 通過(guò)按鍵開(kāi)關(guān)分 三路分別送入 AD 采樣單元， 由微控制器發(fā)送相應(yīng)的控制字來(lái)控制各個(gè)參數(shù)的測(cè)量，并在測(cè)量完后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 和在液晶顯示屏上顯示 。 下圖為 2138 處理器的內(nèi)核?；旧?， ARM7TDMIS處理器具有以下兩個(gè)指令集： 標(biāo)準(zhǔn) 32 位 ARM 指令集 16 位 Thumb 指令集 Thumb 指令集的 16 位指令長(zhǎng)度，使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) ARM 代碼兩倍的密度，卻仍然保持 ARM 的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì)，而這些優(yōu)勢(shì)是使用 16 位寄存器的 16 位處理器所不具備的。 由于本系統(tǒng)不但含有數(shù)字電路，還含有模擬電路，尤其是含有對(duì)噪聲極為敏感的 A/D 轉(zhuǎn)換器件，所以模擬 電路 與數(shù)字 電路 應(yīng)該 單獨(dú)供電 ，這樣才能 降低噪聲和出錯(cuò)幾率 ，基于這種考慮，本系統(tǒng) 分別設(shè)計(jì)了模擬電源和數(shù)字電源，兩者之間的地通過(guò)一個(gè)大電感連接在一起 。信號(hào)調(diào)理由輸入保護(hù)、耦合電路、衰減器、放大器、跟隨器組成 。 D D2為 肖特基二極管 ， 正向?qū)▔航祪H 左右 ， 將輸入運(yùn)放的電壓鉗位在 177。 江西