液晶高精度電位差計的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種液晶高精度電位差計，屬于電子技術應用和實驗應用的領域。
【背景技術】
[0002]電位差計是一種用途很多的常用測量儀器，它可以用來測量電源電動勢和電位差，配上標準電阻還可以測量電流和電阻等物理電學量，傳統的電位差計實驗更是采用十一線電位差計，儀器較多，要自組電路，電路聯接復雜，測量方法繁瑣，使用步驟較多，使用不便。同時傳統的電位差計，還易受工作電源不穩定、檢流計靈敏度、標準電池與環境溫度等有關因素影響。
[0003]目前普通實驗儀器內的電源多用電位器調節，電位器易磨損，對精確輸出電壓會有一定的影響。本實用新型電位差計內設置有高精度可調電源，采用鍵盤輸入的方式，以微處理器控制代替電位器，使得輸出更為精確。本實用新型可通過鍵盤設置預輸出電壓，微處理器輸出控制信號，經基準與檢測和電壓調整電路，去控制輸出功率管，以輸出不同的電壓，并將輸出電壓通過液晶屏顯示。
[0004]本實用新型采用新的電子技術設計出一種液晶高精度電位差計，采用微處理器芯片來主要完成電壓的檢測，電路中用高穩定性的可調電源來取代過去的干電池和標準電池，用高靈敏度的電子檢流計取代機械檢流計，同時結合液晶顯示，通過與標準電壓的比較，即可測量出待測電動勢值。測量結果精度高，本實用新型的液晶高精度電位差計與傳統式的電位差計相比較，它具有體積小、重量輕、價格低、操作方便、精確度高等優點，特別適用于各級學校的實驗教學和科研。
【實用新型內容】
[0005]針對現有的測量和實驗儀器的不足，本實用新型設計的液晶高精度電位差計，采用了微處理器技術和高穩定性的可調電源，并可由液晶顯示直接讀出輸出的電壓或測量的未知電壓值。而電位差計內附有了高精度電源，省去了標準電池，同時省去了反復校準工作電流的要求，方便了操作。
[0006]本液晶高精度電位差計上設置有液晶屏、電壓輸入端口、電壓輸出端口、標準與測量旋鈕、功能選擇旋鈕和4*4數字鍵盤;電位差計內具有微處理器，以及隔離放大、A/D轉換、PffM控制、基準與檢測、電壓調整、驅動和液晶顯示的電路。
[0007]本實用新型電位差計內采用的微處理器是TI公司生產的MSP430F479。它是一款超低功耗的微處理器，它基于真正的正交16位RISCCPU內核，具有16個可單周期全尋址的16位寄存器，3個不同的時鐘信號，6種工作模式，耗電電流很小，并可置于省電模式，以中斷的方式喚醒，盡可能地降低功耗。MSP430F479具有強大的運算性能、片內包括有精密硬件乘法器、具有60KB的FLASH、2KB的RAM、A/D轉換器、高精度比較器等常用資源。通過片內的JTAG調試接口即可完成系統編碼的調試，開發環境方便高效。
[0008]本電位差計內的隔離放大電路、A/D轉換電路、微處理器和驅動電路依次相連；其恒壓電源電路、基準與檢測電路和電壓調整電路依次相連，同時電壓調整電路與微處理器相連，微處理器通過PWM控制電路和基準與檢測電路相連。
[0009]本電位差計在功能上可取代傳統的電位差計，但仍然設置有電壓輸出端口，可以同原有的傳統十一線電位差計等儀器混合使用，增強對測量原理的理解，同時由于內部具有高精度可調電源和檢流計，可對熱電偶和動圈式儀表等一般的測量儀器進行檢測。
【附圖說明】
[0010]圖1是液晶高精度電位差計外觀圖，其中的I是液晶屏、2是電壓輸入端口、3是電壓輸出端口、4是功能選擇旋鈕、5是標準與測量旋鈕、6是4*4數字鍵盤
[0011]圖2是系統電路原理圖。
[0012]圖3是電壓調整電路圖
【具體實施方式】
[0013]結合附圖，下面具體說明液晶高精度電位差計的工作和電路情況。
[0014]本實用新型的電路以微處理器為核心，恒壓電源部分提供整個電路工作所需要的工作電壓。微處理器通過PWM功能輸出占空比可調的高分辨率的PffM波，微處理器產生的PWM波送給電壓調整電路，經驅動功率開關管，輸出準確的電壓。A/D轉換實時測量輸出電壓，并把測量的數據送到微處理器，微處理器比較預設電壓和實際輸出電壓，通過比較電壓差不停地調整PffM波的占空比，從而使輸出電壓與預設電壓一致。輸出電壓可在液晶屏上顯示。
[0015]MSP430F413的工作頻率最大是16MHz，P麗計數器可按400計算，P麗波的頻率就是40kHz，這個頻率剛好是目前開關電源和常用頻率范圍之內，比較容易購買開關元器件。所以在輸入18V電壓的情況下，占空比取為1/400?399/400，理論輸出直流電壓為0.045?17.955V，滿足設計要求。
[0016]本液晶高精度電位差計的電源采用高穩定可調整電源，液晶高精度電位差計A/D電路的AD轉換器選用美國AD公司的12位模數轉換器AD1674，它具有的采樣和轉換能力，片上自帶采樣與保持放大器，能夠滿足系統的速度和精度要求。AD1674把電壓信號轉換成二進制數送往微處理器進行數據處理和顯示。
[0017]本電位差計的4*4鍵盤包含菜單、清除、返回和確認4個功能按鍵和10個數字輸入按鍵以及〉按鍵和小數點按鍵。在使用中，結合數字和功能按鍵可以輸出標準電壓及實驗要求的準確電壓。
[0018]本電位差計的電壓調整電路中，采用Q2、Q3組成復合管，其中Q2采用NPN三極管，Q3采用大功率MOSFET管。而運算放大器選為NE5532、R16、R17和R18構成取樣比較放大電路，在電路中，由NE5532和Q2、Q3及取樣電路構成負反饋，用以實現穩壓和電壓調節輸出。而R11、Ql XD4013觸發器和可控硅SCR構成過流保護電路，當電流過大時，Rll兩端的壓降使Ql導通，通過CD4013觸發可控硅使調整管基極接地，電壓輸出為零，達到過流保護的目的。
[0019]本液晶高精度電位差計的液晶顯示電路采用低電壓、低功耗帶中文字庫、采用ST7920控制器的128 X 64液晶顯示屏。它具有4/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，其模塊接口方式靈活，操作指令簡單、方便，可以顯示8X4行16X16點陣的漢字，也可完成圖形顯示，可構成全中文人機交互圖形界面。
[0020]使用時，本液晶高精度電位差計仍然保留有電壓輸入端和電壓輸出端，以方便在使用傳統電位差測量方式時使用，結合標準與測量旋鈕，可以選用在輸入端接入標準電池，在電壓輸出端用于輸出穩定電壓，用以測量并顯示待測電動勢。同時結合功能選擇旋鈕，利用標準電阻，還可利用本實用新型來測量電流或測量并計算出待測電阻阻值。
[0021 ]本液晶高精度電位差計能實現對待測電動勢和電阻的準確測量和顯示等功能，同時還能對一般測量儀器進行檢測，結構合理，操作方便，教學效果好，適合于各級學校的物理、電磁學等課程的教學實驗及科研測量。
【主權項】
1.一種液晶高精度電位差計，其特征是:電位差計上設置有液晶屏、電壓輸入端口、電壓輸出端口、標準與測量旋鈕、功能選擇旋鈕和4*4數字鍵盤;電位差計內具有微處理器，以及隔離放大、A/D轉換、Pmi控制、基準與檢測、電壓調整、驅動和液晶顯示的電路;其電位差計內的隔離放大電路、A/D轉換電路、微處理器和驅動電路依次相連;其恒壓電源電路、基準與檢測電路和電壓調整電路依次相連，同時電壓調整電路與微處理器相連，微處理器通過PffM控制電路和基準與檢測電路相連。2.根據權利要求1所述的液晶高精度電位差計，其特征是:其電位差計內的微處理器采用TI公司生產的MSP430F479芯片。
【專利摘要】本實用新型涉及一種液晶高精度電位差計，電位差計上設置有液晶屏、電壓輸入端口、電壓輸出端口、標準與測量旋鈕、功能選擇旋鈕和4*4數字鍵盤；電位差計內具有微處理器，以及隔離放大、A/D轉換、PWM控制、基準與檢測、電壓調整、驅動和液晶顯示的電路。本電位差計采用微處理器和高穩定可調電源，能實現對待測電動勢和電阻的準確測量和顯示等功能，同時還能對一般測量儀器進行檢測，適合于各級學校的物理、電磁學等課程的教學實驗及科研測量。
【IPC分類】G01R19/25
【公開號】CN205210174
【申請號】CN201520914866
【發明人】汪建, 孫昌輝, 孫永健, 楊橙
【申請人】四川農業大學, 汪建
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年11月17日