本设计能够精确的测量直流电压、交流电压和电阻，具有测量精度高，抗干扰能力强等特点。整个系统可以用一块9V电池供电，实现了低功耗和便携功能。小电阻测量是采用独立恒流供电端口四端子测量法，从而减小了接触电阻的影响，实现了小电阻高精度测量；交流测量是用AD637真有效值转换芯片将交流信号转换成直流电压后测量；用带钳位保护的反向放大器进行输入电压转换，实现了10MΩ的输入阻抗和高安全性。电路中关键器件采用TI公司的精密运算放大器OPA07和仪表放大器INA128，实现了高精度的测量；ADC采用MC14433芯片；控制器选用TI公司的MSP430单片机，实现了低功耗，量程自动切换功能。另外，通过利用和改装波段开关，实现了测量档位转换的便捷和可靠。该作品的所有性能指标远远超出题目的设计要求。
智能数字万用表的设计.pdf
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1 方案设计 1.1 理论分析 （1）直流电压测量分析：直流电压测量用双积分型ADC 芯片MC14433完成，MC14433是三位半模数转换芯片。其转换精度为0.05% ± 1个字，完全符合题目中的测量直流电压精度达到±0.2%±1 个字的要求，MC14433转换电压范围为0~2V，所以当直流电压信号大于2V时要通过分压电路进行衰减使其电压降为0~2V达到合适量程范围再进行转换。
（2）交流电压测量分析：交流电压信号不能直接测量，本设计首先使交流电压信号经过合适的分压电路进行衰减后，再通过AD637（真有效值转换芯片）转换为直流电压信号后测量，AD637 转换精度高、失真小，最大失真误差为0.02% ± 2 个字，而分压电路没有失真，所以交流电压测量精度完全能够达到题目中测量精度为±0.5%±2（50HZ）个字要求。
（3）电阻测量分析：电阻测量按被测电阻的大小分两种方法进行测量。对于小电阻，使用恒流源产生恒定的电流流经待测电阻，再测量电阻两端的电压降。这种测量方法只要电流恒定，测量误差可以很小；测量大电阻（M级）采用恒压源和标准电阻构成测量电路，ADC对被测电阻两端电压采样，结果还需经过软件计算处理后可得到被测电阻的大小，这种测量方法只要恒压源稳定及标准电阻已知，就可以达到很高的精度。上述两种方法完全可以达到题目的测量精度要求。
1.2 选用TI 器件的依据与理由 该系统的设计使用了四个TI 器件分别是MSP430F148 单片机、TL431 稳压器件、OP07运算放大器、INA128 仪表放大器。 （1）MSP430F148单片机：MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器（Mixed Signal Processor）。它将许多模拟电路外设（如ADC、DAC、模拟比较器等）和各常用数字模块（如SCI、SPI、I2C、看门狗、PWM、CAP、定时/计数器）集成在芯片内部。由于它具有处理能力强、运算速度快、集成度高、外部设备丰富、超低功耗等优点，而且有很高的性价比，因此在许多领域内得到了广泛的应用。MSP430 单片机可以采用汇编语言或C 语言进行程序设计。它支持JTAG 调试，其硬件仿真器是一个简单的并口转接器，并且适用于所有的MSP430 单片机。其超低功耗在睡眠模式时最低消耗电流可低至0.1uA，且有七种低功耗模式可供选择，多个I/O支持中断模式满足系统对外部中断的需求。其软件是由IAR 公司提供的Embedded Workbench 集成开发环境。此软件人机界面友好，并能很好的支持C 语言开发。由于本系统属于仪表类设计，因此涉及到自动控制以及低功耗方面的要求。MSP430单片机I/O口端丰富，所消耗的功耗低，因此是此系统设计最佳的选择。
（2）TL431 稳压器件：在小电阻测量时需要10mA 的恒定电流，系统设计采用TL431稳压器件产生稳定的2.5V电压做基准设计出精密恒流源。TL431 是一个有良好的热稳定性的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，电压波动差值为正负0.4%，低噪音输出，与其他产品相比，TL431 物美价廉，故采用TL431 作为系统设计的电压基准器件。
（3）OP07运算放大器：OP07 是常用的低噪声高精度运算放大器，具有极低的输入失调电压，极低的温漂，非常低的输入噪声电压幅度，高的共模抑制比（-126dB）及稳定性好等特点。其输入失调电压为10uV，输入失调电压温漂为0.2uV/℃，电源电压范围宽，输入阻抗高。可广泛应用于积分电路、精密绝对值电路、比较器及微弱信号精确放大电路。
（4）INA128 仪表放大器：INA128 是美国BB公司生产的低电压，低功耗，高精度通用型单通道仪表放大器，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，使用范围更广泛。反馈电流输入电路使得即使在高增益条件下（G=100 时，200KHz）也提供较宽的带宽。INA128 用激光进行修正微调，具有非常低的偏置电压和温度漂移，高的共模抑制比。其电源电压低至±2.5V，且静态电流只有700uA。在本系统中作用是利用其差分输入提取被测小电阻流过恒流源时产生的压降，实现电阻电压转换。INA128 满足电路高精度的要求，且极适合电池供电系统中的应用。
1.3 设计方案论证 1.3.1 交流有效值测量方案 方案一：热电偶测量法。热电偶测量法是根据交流有效值的物理定义来实现测量的，利用热电偶电路平衡原理通过两端的电势比较得到有效值。但热电偶转换线性度差，且热电偶具有配对较难、响应速度慢、负载能力差等缺点。
方案二：模拟运算法。根据有效值的数学定义，用集成器件乘法器、开方器等依次对被测信号进行平方、平均、开方等计算直接得到交流输入信号的有效值。这种方案测量的动态范围小、精度不高且当输入信号的幅度变小时，平均器输出电压的平均值下降很快、输出幅度很小。
方案三：交流整形电路。采用AD637集成真有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，再对直流电压进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小，工作稳定可靠，故采用此种方案。
由于篇幅原因其他详见附件
原文链接：http://bbs.cirmall.com/thread-45418-1-2.html
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