數(shù)字萬用表的課程設(shè)計(jì)

1、課程名稱: 數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： 0學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師 ： 目 錄1 、設(shè)計(jì)任務(wù)3 1.1設(shè)計(jì)目的31.2設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求32、設(shè)計(jì)思路與總體框圖33、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)43.1主控芯片43.2模數(shù)轉(zhuǎn)換部分43.3 電阻測(cè)量輸入電路63.4電壓測(cè)量輸入電路73、5電流輸入測(cè)量電路93.6 自鎖開關(guān)104、軟件設(shè)計(jì)104.1主程序設(shè)計(jì)104.2 a/d轉(zhuǎn)換子模塊115、系統(tǒng)調(diào)試 115.1硬件調(diào)試115.2 硬件故障115.3硬件調(diào)試方法125.4軟件調(diào)試125.5軟件故障125.6軟件調(diào)試方法 126 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理126.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 126.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2、137總結(jié)與體會(huì)137.1 總結(jié) 147.2體會(huì)148 參考文獻(xiàn)149 附錄程序141、設(shè)計(jì)任務(wù)11設(shè)計(jì)目的采用a/d轉(zhuǎn)換器adc0804和stc89c51單片機(jī)，設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)字多用表，能進(jìn)行電壓、電流和電阻的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果通過lcd液晶顯示器顯示，通過按鍵進(jìn)行測(cè)量功能轉(zhuǎn)換。12設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求電壓測(cè)量范圍020v，測(cè)量誤差約為0.05v，電流測(cè)量范圍1200ma，測(cè)量誤差約為0.5ma，電阻測(cè)量范圍01000，測(cè)量誤差約為2。2、設(shè)計(jì)思路與總體框圖1.方案選擇 用單片機(jī)stc89c51與adc0804設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表，配合分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻可以測(cè)量直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位

3、數(shù)碼顯示。實(shí)現(xiàn)各級(jí)量程的直流電壓測(cè)量，其量程范圍為020（v）。實(shí)現(xiàn)不同量程的直流電流測(cè)量，其量程范圍為0200（ma）。實(shí)現(xiàn)不同量程的電阻測(cè)量，其量程范圍為01000（）。adc0804是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的cmos組件。它是逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。首先，利用p1 口數(shù)據(jù)地址復(fù)用，將地址通過p1口輸入到單片機(jī)中。然后，充分利用單片機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算轉(zhuǎn)化功能將其轉(zhuǎn)成適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制信號(hào)控制數(shù)顯以確保正確的顯示被測(cè)量的讀數(shù)。 2.總體框圖液晶顯示stc89c51單片機(jī)（實(shí)現(xiàn)譯碼驅(qū)動(dòng)）模數(shù)轉(zhuǎn)換（adc0804）待測(cè)電壓分檔電壓（量程轉(zhuǎn)換）待測(cè)電

4、阻待測(cè)電流分檔電流（量程轉(zhuǎn)換）分檔電阻（量程轉(zhuǎn)換）圖一：總體框圖3、系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1主控芯片本電壓表采用stc89c52為主控芯片，電路如下圖所接：3.2模擬轉(zhuǎn)換部分該電壓表采用的adc0804，此芯片優(yōu)點(diǎn)是并行輸出，速率快，缺點(diǎn)是只有8位，精度不高。下來adc0804芯片圖：?jiǎn)纹瑱C(jī)的p2.0 p2.2引腳通過一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)接地，通過判斷p2.0 p2.2引腳電平的高低，決定是否進(jìn)行電阻測(cè)量、電壓測(cè)量或電流測(cè)量。為了方便，將數(shù)字地和模擬地都直接接到了一起，db0db7為并行輸出口，cs，rd，wr為控制芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換及讀取芯片數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)的引腳，adc0804可以自己產(chǎn)生時(shí)鐘，只要在clk

5、r和clkin端接入電阻（10k）和電容（理論為150pf本人接的220pf），可產(chǎn)生脈沖信號(hào)。vref為參考電壓端，vin+和vin為電壓輸入端。當(dāng)電壓加在vin+和vin端時(shí)，在db0db7可輸出八位到單片機(jī)，本處參考電壓為5v，則當(dāng)輸入電壓u時(shí)，輸出數(shù)據(jù)為temp，則u/temp=5/255.3.3數(shù)字多用表電阻輸入電路圖-二 圖-二所示為數(shù)字多用表的電阻測(cè)量輸入電路。運(yùn)算放大器的反饋電阻rx作為待測(cè)電阻，通過1k電阻r10接到5v電源上，那么放大器的輸出電壓rv=5*rx/(rp+r15+r0+rx)，將rv送給adc0804，轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量為dv=rv*255/5。單片機(jī)讀取a/d

6、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過逆向運(yùn)算可得rx=dv*(r1p+r0+r15)/(5-dv)*255，注意此時(shí)得到的rx是二進(jìn)制數(shù)，需要轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)后才能送給1602顯示，程序中采取用4字節(jié)無符號(hào)除法，連續(xù)進(jìn)行4次除以10的除法，依次取得4位數(shù)值，并且電阻測(cè)量范圍只保證在01k范圍內(nèi)誤差不超過2，如果要測(cè)量其他電阻，則需該改rp的值。3.4數(shù)字多用表的電壓測(cè)量輸入電路圖-四圖-四所示為數(shù)字多用表的交流電壓測(cè)量輸入電路，acv量程為012v待測(cè)電壓經(jīng)交流電壓測(cè)量圖過低通濾波器濾除干擾，再經(jīng)過同向放大器送給adc0804，電壓測(cè)量輸入范圍012，adc084的分辨率為8位，測(cè)量誤差為12/255=0.05v。

7、d5為整流管，d4起保護(hù)作用。r24、c6組成平滑濾波器。c5、c4為隔直電容。uout=uac(有效值)圖-五直流電壓測(cè)量圖圖-五直流電壓測(cè)量電路。dcv量程為012v。uout=r8*u/(r7+r8+r11),所以，u=(r7+r8+r11)* uout/r8。r7和r8為分壓電阻，大小都為10m。r11為匹配電阻，保證等值分壓。r13為限流電阻，大小為1m。3.5數(shù)字萬用表的電流測(cè)量輸入電路圖-六電流測(cè)量電路圖圖-六是數(shù)字萬用表電流測(cè)量輸入電路。電流測(cè)量范圍為1-200ma，因?yàn)閍dc0804是電壓轉(zhuǎn)化器，必須將電壓才能進(jìn)行測(cè)量，這可以通過串接電阻rp來實(shí)現(xiàn)，注意rp必須很小(如0.1

8、)，否則營(yíng)銷電流數(shù)值，由于待測(cè)電流和rl都很小，rl兩端的電壓也很小，必須將其放大到adc0804能夠分辨的范圍之內(nèi)。r12為限流電阻，大小為1m。d2，d3為雙向限幅過壓保護(hù)二極管，起過流保護(hù)作用。3.6 自鎖開關(guān) 圖-七 自鎖開關(guān)圖用來控制測(cè)量哪一種變量，同時(shí)用來檢測(cè)正測(cè)的信息，通過導(dǎo)線送入到單片機(jī)。上面接10k的限流電阻。4、軟件設(shè)計(jì)4.1主程序 主程序包括初始化部分 調(diào)用a/d轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序，如下圖所示：4.2 a/d轉(zhuǎn)換子模塊：a/d轉(zhuǎn)換子程序用于對(duì)adc0804八路輸入模擬電壓進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入八個(gè)相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中，如下圖： 5、系統(tǒng)調(diào)試基于單片機(jī)的數(shù)字電

9、壓表在組裝好以后，便可進(jìn)入系統(tǒng)的在線調(diào)試，起主要任務(wù)是排除樣機(jī)硬件故障并完善其硬件結(jié)構(gòu)，試運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，排除程序錯(cuò)誤，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的功能，進(jìn)而固化軟件。5.1硬件調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試時(shí)交叉進(jìn)行的，但通常是先排除樣機(jī)中明顯的硬件故障，尤其是電源故障，才能安全和仿真器相連，進(jìn)行綜合調(diào)試。5.2 硬件電路故障（1）錯(cuò)線 開路 短路；（2）元器件損壞（3）電源故障5.3 硬件調(diào)試方法 本設(shè)計(jì)調(diào)試中所用的調(diào)試方法是靜態(tài)測(cè)試： 在樣機(jī)加電之前，首先用萬用表等工具，根據(jù)硬件電器原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào) 規(guī)格和安裝是否符合要求。第二步是加電后

10、檢查各插件上引腳的點(diǎn)位，仔細(xì)測(cè)量各電位是否正常。第三步是在不加電的情況下，除單片機(jī)以外，插上所有的元器件，最后用仿真適配器將樣機(jī)的單片機(jī)插座盒仿真器的仿真接口相連，為聯(lián)機(jī)調(diào)試做準(zhǔn)備。5.4 軟件調(diào)試5.5 軟件電路故障（1）當(dāng)以斷點(diǎn)或連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)，目標(biāo)系統(tǒng)沒有按規(guī)定的功能進(jìn)行操作或什么結(jié)果也沒有，這是由于程序轉(zhuǎn)移到意外之外或在某處死循環(huán)所造成的。（2）結(jié)果不正確5.6 軟件調(diào)試方法軟件調(diào)試所使用的方法有：計(jì)算程序的調(diào)試方法，i/o處理程序的調(diào)試法，綜合調(diào)試法6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理6.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)012直流電壓為 012交流電壓為次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值電壓示值滿度誤差次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值電壓示值滿度誤差1122334455

11、667788991010111112121313141415151617181920實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)0-1k電阻為 0-200ma電流為次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值電壓示值滿度誤差次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值電壓示值滿度誤差112233445566778899101011111212131314141515161718192062實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 直流0-12v量程精度為 滿度誤差 為 交流0-21v量程精度為 滿度誤差為 電流0-200ma量程精度為滿度誤差為7、 總結(jié)與體會(huì)數(shù)字多用表的課程設(shè)計(jì)，從確定方案、查找資料、仿真電路圖，到最后電路設(shè)計(jì)實(shí)踐，耗時(shí)2個(gè)星期。數(shù)字多用表的設(shè)計(jì)方案采取stc89c51單片機(jī)結(jié)合a/d轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電

12、阻、電流和電壓的測(cè)量的方案，從而實(shí)現(xiàn)電阻、電流和電壓的數(shù)字化測(cè)量。本次課程設(shè)計(jì)，雖然方案基本出來了，但是在硬件制作方面出現(xiàn)了幾個(gè)問題，這也暴露出我們知識(shí)方面的一欠缺。不足主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）adc0804的第10腳的時(shí)鐘信號(hào)，我們是通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的但是由于頻率過低，只有500khz，造成1602液晶顯示器顯示不穩(wěn)定而出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。最終驗(yàn)收時(shí)是通過從外部信號(hào)發(fā)生器輸入2mhz時(shí)鐘信號(hào)解決的。（2）萬用板焊接時(shí)，由于布線不太合理，使得背面線很零亂。并給后面的線路檢查帶來了不少麻煩。（3）51單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，電路分析遇到比較多的問題歷經(jīng)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)后我深得做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是

13、對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。雖然最終的結(jié)果讓人失望，但在此期間我們也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)滿8、參考文獻(xiàn)單片機(jī)原理及應(yīng)用 張毅剛 主編 高等教育出版社單片機(jī)原理實(shí)用教程 徐愛鈞 編著 電子工業(yè)出版社電子技術(shù)基礎(chǔ)康華光 主編 高等教育出版社集成電路原理及應(yīng)用譚博學(xué)、苗匯靜 主編 電子工業(yè)出版社9、附錄程序主程序：#include /頭文件#include /頭文件#include#include#include#in

14、clude#include#include#include void main()while(1)write_com(0x01);lcd_init(); display_voltage(); 1、 宏定義和定義變量：#define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned intuchar table= measurement: ;uchar range20=range020v: ;uchar range200=range0200ma: ;uchar range2000=range02k:;uchar warning=please choice

15、! ;/*uchar error=error!; */ uint measure10; sbit key3=p27;sbit key0=p22;sbit key1=p21;sbit key2=p20;sbit lcd_rs=p23; / 定義液晶的rs端口sbit lcd_rw=p24; / 定義液晶的rw端口sbit lcd_en=p25; sbit back=p26;sbit spk=p27; / 定義液晶的en端口sbit cs=p32; / 定義ad的cs端口sbit rd=p31; /定義ad的rd端口sbit wr=p30;/sbit dula=p37;sbit intr=p37;

16、 /定義ad的wr端口uint temp,i,a1,a2,a3,a4; /定義變量 uint date;2、 延時(shí)部分：void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void delay_lcd()/1602指令之間延時(shí)uint x=5;while(x-);3、 ad轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送： void ad_init() /初始化adc0804cs=0;wr=1;_nop_();wr=0;_nop_();wr=1; uint ad_switch() /ad轉(zhuǎn)換部分uint temp;p1=0xff;rd=1;_nop_();r

17、d=0;_nop_();temp=p1;/將轉(zhuǎn)后的原始值返給單片機(jī)p1口return temp;uint ad_smooth()/軟件濾波uint xx,i,temp;ad_init();for(i=0;i20;i+)measurei=ad_switch();delay(10); /每隔10us adc轉(zhuǎn)換并采集一次數(shù)據(jù)，將得 /到的數(shù)據(jù)放到數(shù)組中，采集十個(gè)數(shù)據(jù)for(xx=0;xx20;xx+) /將十個(gè)數(shù)據(jù)冒泡法排序for(i=xx;imeasurei)temp=measurei;measurei=measurexx;measurexx=temp; for(i=6;i16;i+)/去掉了三

18、個(gè)最小值和兩個(gè)最大值， /取中間五個(gè)數(shù)的平均值xx+=measurei;xx=xx/10;return xx; /將濾過波后的值存入單片機(jī)4、 1602子程序：void write_com(uchar com)/寫指令delay(5);lcd_en=0;lcd_rs=0;lcd_rw=0;_nop_();lcd_en=1;p0=com;lcd_en=0;lcd_rs=0;void write_date(uchar date)/寫數(shù)據(jù)delay(5);lcd_en=0;lcd_rs=1;lcd_rw=0;_nop_();lcd_en=1;p0=date;lcd_en=0;lcd_rs=0;voi

19、d lcd_init()/初始化 back=0; delay(15); lcd_en=0; write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x06); write_com(0x0c); write_com(0x01); 5、 鍵盤掃描：uint keyscan()if(key0=0&key1=1&key2=1&key3=1)return 1;else if(key0=1&key1=0&key2=1&key3=1)return (2);else if(key0=1&key1=1&key2=0&key3=1)return

20、(3);else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=0)return (4);else if(key0=1&key1=1&key2=1&key3=1) return(5);else return (6);6、 數(shù)據(jù)整理及顯示：void display20v(uint temp)/量程為20v時(shí)的顯示狀態(tài)uint num0,num1,num2,num3;if(temp7) temp=0;else temp=temp-7;num0=temp/51;num1=temp%51*10/51;num2=temp%51*10%51*10/51;num3=temp%51*10%51*1

21、0%51*10/51;write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+12); write_date(.);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+13); write_date(num1+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30);delay_lcd();vo

22、id display200ma(uint temp)/電流200ma時(shí)的顯示狀態(tài)uint num0,num1,num2,num3;if(temp7) temp=0;else temp=temp-7;num0=temp/510;num1=temp%51*10/510;num2=temp%51*10%51*10/510;num3=temp%51*10%51*10%51*10/510;write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+12); write_date(.);delay_lcd()

23、;write_com(0x80+0x40+13); write_date(num1+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30);delay_lcd();void display2000(uint temp)/量程為2000歐時(shí)的顯示狀態(tài)uint num0,num1,num2,num3;if(temp7) temp=0;else temp=temp-7;num0=temp/51;num1=tem

24、p%51*10/5.1;num2=temp%51*10%51*10/5.1;num3=temp%51*10%51*10%51*10/5.1;write_com(0x80+0x40+11); write_date(num0+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+12); write_date(.);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+13); write_date(num1+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+14); write_date(num2+0x30);delay_lcd();write_com(0x80+0x40+15); write_date(num3+0x30);delay_lcd();void display_voltage()uint numx,temp,temp0,temp1;/float temp;numx=keyscan()