基于單片機(jī)的數(shù)字萬用表設(shè)計(共32頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上編號：本科畢業(yè)論文題目：基于AT89C51單片機(jī)的數(shù)字萬用表設(shè)計院 系：黃淮學(xué)院姓 名：齊 林學(xué) 號：專 業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)年 級：08級指導(dǎo)教師：職 稱：完成日期：2012年5月專心-專注-專業(yè)摘 要本設(shè)計用單片機(jī)芯片AT89C51設(shè)計一個數(shù)字萬用表，能夠測量交、直流電壓值，交、直流電流，電阻，四位數(shù)碼顯示。此系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、A/D轉(zhuǎn)換和控制部分組成。本設(shè)計主要針對萬用表硬件以及軟件部分的實現(xiàn)來展開。研究內(nèi)容包括兩部分：硬件和軟件。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障，本電路使用了ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

2、芯片，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ振蕩電路，顯示芯片用TEC6122，驅(qū)動8位數(shù)碼管顯示。程序每執(zhí)行周期耗時縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實時性。關(guān)鍵詞： 數(shù)字萬用表；A/D轉(zhuǎn)換和控制；AT89C51單片機(jī)AbstractThis design using single chip AT89C51 to design a digital multimeter, able to measure the AC, DC voltage value, AC, DC current, resistance, four digital displ

3、ay. This system consists of shunt resistance, dividing resistor, benchmark resistance, 51 SCM minimum system, display section, alarm part, A/D conversion and control components.This design is mainly aimed at the hardware and software of the multimeter to realize to begin. The study includes two part

4、s: the hardware and software. To make the system more stable, make the whole system to ensure accuracy, this circuit used ADC0809 data conversion chip, the SCM system design AT89C51 microcontroller as the main control chip, match with the RC electric reset circuit and 11.0592 MHZ oscillating circuit

5、, display chip with TEC6122, drive eight digital pipe display. Each program execution cycles retreat to the shortest time, so that ensure that the system of real-time.Key words: Digital multimeter; A/D conversion and control components; AT89C51 single chip microcomputer目 錄1 緒 論1.1 數(shù)字萬用表研究背景、目的和意義傳統(tǒng)的

6、指針式萬用表功能單一精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，數(shù)字萬用表是利用模數(shù)轉(zhuǎn)換原理，將被測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并將測量結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來的一種測量儀表。與指針式萬用表相比，新一代數(shù)字萬用表具有精度高、輸入快、輸入阻抗大、數(shù)字顯示、讀數(shù)準(zhǔn)確、可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便、抗干擾能力強(qiáng)、測量自動化程度高等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用，得到工程師的青睞。數(shù)字萬用表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量，已被廣泛應(yīng)用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。隨著時代科技的進(jìn)步，數(shù)字萬用表的功能越來越強(qiáng)大，把電量及非電量的測量技術(shù)提高到嶄新水平。1.

7、2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前電子行業(yè)具有很高的發(fā)展速度，測試測量儀器更是走在行業(yè)的尖端，便攜式高精度儀器更是發(fā)揮了巨大的作用，并且顯示了無比的潛力。它可以取代測量技術(shù)在傳統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的各類儀器，它在組成和改變儀器的功能和技術(shù)性能上具有很大靈活性和經(jīng)濟(jì)性，因而特別適應(yīng)于當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷深化所提出的更高更新的測量課題和測量需求1。由于科學(xué)的進(jìn)步，社會的發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)也會發(fā)展到一個新的階段，電子技術(shù)的提高代表了一個國家的整體實力，高精尖的電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，每一款電子產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)都需要更精密的電子測量儀器與之相配合，這樣更先進(jìn)的測量儀器將成為電子產(chǎn)品開發(fā)的必備條件，那么精密的測量

8、儀器將是電子行業(yè)發(fā)展中的重中之重2。1.3 研究內(nèi)容此數(shù)字萬用表由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要完成信號的采集，軟件主要完成對硬件的控制以及數(shù)據(jù)的處理， 所以本文主要針對萬用表硬件以及軟件部分的實現(xiàn)來展開。研究內(nèi)容包括兩部分：硬件和軟件。(1) 整體方案的設(shè)計 按照需求制定數(shù)字萬用表的功能，指標(biāo)，以及軟硬件的整體框架。 按照硬件需求指標(biāo)，研究硬件實現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu)，以及模塊劃分。 軟件為嵌入式軟件，按照功能需求設(shè)計自己的多線程結(jié)構(gòu)。(2) 功能該萬用表的功能主要包括：測量交直流電壓、交直流電流、電阻。 電流的量程有50mA,500mA,5A。 電壓的量程有5V,50V,500V。 電阻的量程有50

9、0，5K,50K,500K，5M。(3) 硬件模塊的研究內(nèi)容參考數(shù)字真有值效萬用表，對萬用表的測量功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，完成基本硬件模塊的設(shè)計。該模塊可分為模擬部分和數(shù)字部分。模擬部分完成對前端信號的采集并且轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電壓量。數(shù)字部分完成對采集的信號進(jìn)行處理還有控制的功能。(4) 軟件部分的研究內(nèi)容軟件部分主要為該表自身軟件，實現(xiàn)其測量功能，采用C語言完成。(5)本設(shè)計重點要解決的問題是對不同量程的各種測量內(nèi)容的轉(zhuǎn)換，還有就是各部分電路組合成一個完整的數(shù)字萬用表，而難點解決的問題就是程序的設(shè)計，要保正其可行性從而保證設(shè)計的正確性。1.4 章節(jié)安排本文在第二章介紹了數(shù)字萬用表的基本原理，第三章介紹

10、了系統(tǒng)硬件設(shè)計方案，第四章介紹了軟件的實現(xiàn)方案。2 數(shù)字萬用表基本原理數(shù)字萬用表的最基本功能是能夠測量交直流電壓，交直流電流，還能夠測量電阻 。下面我們來分析一下數(shù)字萬用表測電壓，測電流，測電阻的原理?？傮w來說，我們此次用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是ADC0809，它允許的模擬輸入電壓值直流05V，設(shè)想在測量電壓時，如果能把電壓都轉(zhuǎn)換成05V的直流電壓，然后送A/D轉(zhuǎn)換器，在顯示時適當(dāng)擴(kuò)大相應(yīng)的倍數(shù)，那么就可以測出電壓了，如果測電流時，若也能將電流轉(zhuǎn)換成05V的電壓，最后乘以相應(yīng)的比例系數(shù)，那么電流也測量出來，測量電阻的道理也是如此，可見重點研究方向是直流電壓表的設(shè)計和各個轉(zhuǎn)換電路，下面為我們具體分析一

11、下各個原理。2.1 直流電壓測量原理在基準(zhǔn)數(shù)字電壓表頭前面加一級分壓電路(衰減器)，可以擴(kuò)展直流電壓測量的量程。如圖2-1所示，U0為電壓表頭的量程(如5V)，r為其內(nèi)阻(如10M)，R1、R2為分壓電阻，UI0為擴(kuò)展后的量程。 圖2-1電壓擴(kuò)展量程原理 圖2-2多量程分壓器原理由于R>>R2，所以分壓比為：擴(kuò)展后的量程為：多量程分壓器原理電路見圖2-2，三檔量程的分壓比分別為1、0.1、0.01，對應(yīng)的量程分別為5V,50V,500V。換量程時，多刀量程轉(zhuǎn)換開關(guān)可以根據(jù)檔位自動調(diào)整小數(shù)點的顯示，使用者可方便地直讀出測量結(jié)果3。2.2 交流電壓測量原理交流電壓分壓器交流/直流電路A

12、/D轉(zhuǎn)換器測量交流電壓的原理是先將交流電壓進(jìn)行衰減，使其在05V之間，然后把交流電壓化為直流電壓，送A/D轉(zhuǎn)換器。其原理框圖如下圖2-3：圖2-3交流電壓測量框圖交流/直流電路如下圖2-4： 圖2-4直流/交流電壓電路圖2.3 直流電流測量原理一般來說電流測量分為直接式測量和間接式測量。直接式測量是在被測回路中串聯(lián)一個檢測電阻，根據(jù)I=U/R，只要檢測電壓，知道R，就可計算出電流。間接式測量是根據(jù)霍爾效應(yīng)，實現(xiàn)磁場，電場的轉(zhuǎn)換，最終還是要根據(jù)I=U/R來計算。采用檢測電阻直接測量，比較簡潔，成本較低，但檢測電流比較小，一般不超過10A。采用霍爾元件進(jìn)行間接測量，比較復(fù)雜，成本較高，但檢測電流可

13、以很大，如幾十安都可以。為了實現(xiàn)電流的檢測，就必須將被測電流變成05V的直流電壓，即實現(xiàn)衰減和I/U變換，一般測量電路經(jīng)常使用這樣一些方法來實現(xiàn)。其一，將被測電流通過一個由電阻構(gòu)成的分流器，使之形成三個分流系數(shù)，即1/10（V/mA）,1/100（V/mA）,1/1000（V/mA）,當(dāng)被測電流分別為50 mA， 500mA，5 A時，均被轉(zhuǎn)換成了5V的輸入電壓5。其原理圖如下圖：圖2-5 直流電流測量原理圖一圖2-6 直流電流測量原理圖二其二，使三檔輸入電流50 mA， 500mA，5 A都通過一個取樣電阻，比如，R=10，取樣電阻將電流變成相對應(yīng)的500 mV，5V，50V，然后通過一個比

14、例放大器，若比例系數(shù)對應(yīng)為10，1，0.1，則經(jīng)比例放大器的輸出電壓均為5V，以此作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。圖2-7多量程分流器電路2.4 交流電流測量原理首先把交流電流通過一取樣電阻轉(zhuǎn)換成交流電壓，然后將交流電壓進(jìn)行衰減，變成05V的交流電壓，再通過交流/直流電路將其化成05V的直流電壓，然后送A/D轉(zhuǎn)換器。這一原理是測量直流電流和測量交流電壓的綜合。2.5 電阻測量原理（1） 恒流法測量電阻恒流法測量電阻是讓恒流源流I過被測電阻RX,測試流過RX的電壓UX,其測量原理圖如下：圖2-8恒流源法測電阻上圖2-8中I是標(biāo)準(zhǔn)電流源，那么只需測得兩端的電壓UX，就可以求出被測電阻RX了：RX=UX/I

15、，而Ux如第二章開始所講原理相同。由于恒流源測電阻無法消除衰減放大電路中和A/D電路中的增益隨溫度變化所帶來的誤差，以及橫流源精度較難控制，一般不用此法測電阻，而是選用比例法測電阻6。（2） 比例法測電阻比例測量法原理電路見圖2-9：圖2-9比列法測電阻原理由穩(wěn)壓管ZD提供測量基準(zhǔn)電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻R0和被測電阻RX的電流基本相等(A/D轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計)。所以A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓UREF和輸入電壓UIN有如下關(guān)系： 即根據(jù)所用A/D轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)字表顯示的是UIN與UREF的比值，當(dāng)UIN=UREF時顯示“1000”， UIN=0.5UREF時顯示“500

16、”，以此類推。所以，當(dāng)R0=RX時，表頭將顯示“1000”，當(dāng)R0=0.5RX時顯示“500”，這稱為比例讀數(shù)特性。因此，我們只要選取不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻并適當(dāng)?shù)貙π?shù)點進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測量檔7。如對500檔，取R01=100，小數(shù)點定在十位上。當(dāng)RX=100時，表頭就會顯示出500.0。當(dāng)RX變化時，顯示值相應(yīng)變化，可以從0.1測到499.9。又如對5k檔，取R02=1k，小數(shù)點定在千位上。當(dāng)RX變化時，顯示值相應(yīng)變化，可以從0.001k測到4.999k。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖2-10：圖2-10多量程測電阻原理由上分析可知：R1=R01=100R2=R02-R01=1000-

17、100=900R3=R03R02=9K圖2-10中由正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻R0與晶體管T組成了過壓保護(hù)電路，以防誤用電阻檔去測高電壓時損壞集成電路。當(dāng)誤測高電壓時，晶體管T發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時R1隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使T的擊穿電流不超過允許范圍。即T只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作，R0和T都能恢復(fù)正常。3 數(shù)字萬用表硬件介紹與設(shè)計如圖3-1所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、被測量顯示、超限報警、ADC使能控制。復(fù)位電路用來清零，進(jìn)行下一次的測量；震蕩電路用來消除一些外來干擾，使電

18、路工作更加穩(wěn)定；ADC輸入則是將輸入量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；測量顯示就是顯示測量的數(shù)值；超限報警部分則是用作當(dāng)測量量超出量程范圍時發(fā)出警報，以便提醒用戶更改大量程；ADC使能控制則用來對輸入量進(jìn)行控制，允許輸入或者不允許輸入。圖3-1 硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖3.1 硬件系統(tǒng)部分芯片介紹3.1.1 AT89C51芯片簡介 圖3-2 AT89C51 芯片引腳圖AT89C51主要特性8：1）與MCS-51 兼容2）4K字節(jié)可編程FLASH存儲器3）壽命：1000寫/擦循環(huán)4）數(shù)據(jù)保留時間：10年5）全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz6）三級程序存儲器鎖定7）128×8位內(nèi)部RAM8）32可編程I/O線

19、9）兩個16位定時器/計數(shù)器10）5個中斷源11）可編程串行通道12）低功耗的閑置和掉電模式13）片內(nèi)振蕩器和時鐘電路功能特性描述9：AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合

20、在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工

21、作直到下一個硬件復(fù)位。VCC：供電電壓。GND：接地。AT89C51單片機(jī)的P口特點10：P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLA

22、SH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號11。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可

23、接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 3.1.2 ADC0809芯片介紹ADC0809是CMOS型的8位逐次逼近式單片A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809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。(1) 主要特性 分辨率為8位。 轉(zhuǎn)換時間100us。 單一+5V供電電，模擬壓輸入在0+5 V之間。 功耗為15mW。(2) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖3-3 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)上圖3

24、-3可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。(3) ADC0809 引腳結(jié)構(gòu)圖3-4 ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量

25、輸入。通道選擇表如下表所示12。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3-5 地址輸入線的通道選擇數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的

26、內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 (4) ADC0809應(yīng)用說明： ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89c51單片機(jī)直接相連。 初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。3.1.3 TEC6122簡述(1) 概述TEC6122共陰極8X8段LED數(shù)碼管（8X8點陣）顯示驅(qū)動電路是全定制專用集成電

27、路。該電路由開機(jī)自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動電路、8X8 bit移位寄存器電路、8X8 bit數(shù)據(jù)鎖存器電路、段多路選擇器驅(qū)動電路組成。它可與各種型號的微處理器串行口或并行口，專供驅(qū)動8位X8段共陰極LED數(shù)碼管（8X8LED點陣）11。(2) 特點 工作電壓：+4V+6V。 位掃描驅(qū)動電流80mA（VDD=+5V）。 段掃描驅(qū)動電流10mA（VDD=+5V）。 可驅(qū)動高彩色LED管。 可通過N個TEC6122級聯(lián)實行NX8位LED顯示。 管腳間距2.54mm ,標(biāo)準(zhǔn)24pin窄塑封雙列直插封裝。(3) 位掃描共陰極LED顯示原理位掃描信號接S1，S2，S8順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復(fù)。S1顯示第

28、一位（個位），S2顯示第二位（十位），依次地S8顯示第八位（千萬位）。要顯示的段碼A，B，DP是由S1S8依次分別選通送出，S1送A1，B1，DP1，顯個位，其它位不顯示。同樣地S8送出A8，B8，DP8，顯千萬位，其它位不顯示，這就是位掃描共陰極LED顯示原理。3.2 數(shù)字萬用表硬件設(shè)計3.2.1 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法一、電源部分由于高壓交流電會對弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而電池之類的電源又存在維護(hù)不方便和電壓電流衰減等的缺點，所以本次設(shè)計采用外部穩(wěn)壓電源供電13。圖3-8 電源電路圖二、輸入端圖3-9萬用表正表筆輸入端電路被測量的輸入端經(jīng)過表筆流經(jīng)保險絲，這樣做是為了起

29、到保護(hù)作用,防止過壓過流而燒壞元器件。三、分流電阻圖3-10 分流電阻電路如上圖3-10，使用有一定規(guī)律的電阻組合構(gòu)成精密的電阻分流器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電流的目的。四、分壓電阻圖3-11 分壓電阻電路如上圖3-11，使用有一定規(guī)律的電阻組合構(gòu)成精密的電阻分壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電壓的目的。五、基準(zhǔn)電阻圖3-12 基準(zhǔn)電阻電路測量電阻與測量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數(shù)字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測量，因此，它比起指針萬用表的電阻測量來精確度更高，而且耗電很小，上圖2-12中所配置的一組電阻就叫“基準(zhǔn)電阻”，就是通過切換各個接點得到不同的基準(zhǔn)電阻值，再由ADC0809

30、的參考電壓Vref與被測電阻上得到的電壓V測進(jìn)行“比例讀數(shù)”。六、ADC部分圖3-13 ADC0809轉(zhuǎn)換電路15由圖中可以看到，ADC0809的啟動信號START由片選線P2.7與寫信號WR的“或非”產(chǎn)生。這要求一條向ADC0809寫操作指令來啟動轉(zhuǎn)換。ALE與START相連，即按打入的通道地址接通模擬量并啟動轉(zhuǎn)換。輸出允許信號OE由讀信號RD與片選線P2.7“或非”產(chǎn)生，即一條ADC0809的讀操作使數(shù)據(jù)輸出。由于ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。七、報警部分圖3-14 報警電路當(dāng)檢測到被測量超出預(yù)定的值,蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲。

31、具體的實現(xiàn)過程是單片機(jī)P3.3腳輸出高電平，使得Q2導(dǎo)通。使得LS1對地導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲16。八、單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3-15 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)工作時，先以主震蕩頻率為基準(zhǔn)發(fā)出CPU時序，對指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號，完成一系列定時控制的操作，用來協(xié)調(diào)單片機(jī)內(nèi)部各功能部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)運算等操作。單片機(jī)最小系統(tǒng)由震蕩電路，復(fù)位電路及一片單片機(jī)構(gòu)成，是單片機(jī)正常工作的最基本組成。其最小系統(tǒng)如圖3-15所示17。九、顯示電路圖3-16 顯示電路采用SPI總線LED驅(qū)動器TEC6122驅(qū)動8位數(shù)碼管，使得整個系統(tǒng)響應(yīng)時間最快，顯示精度更高。采用4合1數(shù)碼管，減少PCB表面走線從

32、而提高系統(tǒng)穩(wěn)定18。十、開關(guān)電路圖3-17 開關(guān)電路 如上3-17圖，類似于常用的萬用表開關(guān)，可以根據(jù)需要手動轉(zhuǎn)換測量量的量程，根據(jù)所需要測量的量選擇合適的量程19。3.2.2 電路工作過程描述此工作當(dāng)然是要求在正確的程序都寫入了各個芯片中才能完成工作，當(dāng)開關(guān)要測量電壓、電流或者電阻時，則根據(jù)不同的量程需要分別選擇不同的量程開關(guān)，于是便得到最準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。AT89C51的P0口做為ADC0809的數(shù)據(jù)總線，P2.4、P2.5、P2.6作為顯示芯片的SPI總線輸出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2作為ADC0809的控制線。ADC0809將測量的量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識別的量之后由所給程序控制

33、輸出，再送到顯示芯片顯示。顯示芯片根據(jù)顯示程序顯示內(nèi)容。本設(shè)計的原來要求是4位數(shù)碼顯示，但考慮到芯片TEC6122是驅(qū)動8位數(shù)碼顯示的，所以數(shù)碼管TYP2不接上也是滿足設(shè)計要求的，接上去只是滿足芯片的8位驅(qū)動20。 4 系統(tǒng)軟件與流程圖4.1 電路功能模塊由總體設(shè)計框圖4-1，本萬用表由以下幾部分功能模塊組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、ADC使能控制、被測量顯示、超限報警、等電路組成。程序中的子程序 功能模塊主要分成3個，延時、ADC轉(zhuǎn)換和顯示，延時子程序在整個程序中多次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測量都會需要用到的，當(dāng)進(jìn)行測量時，ADC0809將被測量轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制數(shù)發(fā)給單片機(jī)然后單片機(jī)根

34、據(jù)軟件協(xié)議送顯示，顯示子程序則包括一個8位字節(jié)的發(fā)送程序和一個TEC6122的驅(qū)動程序。圖4-1 功能模塊設(shè)計框圖4.2系統(tǒng)總流程圖 圖4-2系統(tǒng)總流程圖 圖4-3電壓測量流程圖4.3 電壓測量流程圖電壓測量流程圖如上圖4-34.4 電流、電阻測量流程圖電流的測量流程圖如下圖4-4；電阻的測量流程圖如下圖4-5。圖4-4電流測量流程圖 圖4-5電阻測量流程圖結(jié) 論數(shù)字式萬用表內(nèi)部采用了多種振蕩，放大，分頻，保護(hù)等電路。所以功能較多，比如可以測量溫度，頻率(在一個較低的范圍)，電容,電感.或做信號發(fā)生器等等。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路，所以過載能力較差.(不過現(xiàn)在有些已能自動換檔，自動保護(hù)等，但使

35、用較復(fù)雜)損壞后一般也不易修復(fù)。數(shù)字式萬用表輸出電壓較低(通常不超過1伏).對于一些電壓特性特殊的元件的測試不便(如：可控硅,發(fā)光二極管等)，由于數(shù)字萬用表的測量范圍很大，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。本次設(shè)計比較簡單，不過也有它的優(yōu)點：高精度、低功耗、量程寬、可擴(kuò)展性強(qiáng)等。設(shè)計結(jié)果綜述：（1）數(shù)字萬用表完成的功能主要是對電壓、電流、電阻的測量，它主要由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。（2）數(shù)字萬用表屬于一種測量工具，其本身的好壞直接影響到測量結(jié)果，因此上面的設(shè)計只是設(shè)計用來測量電壓、電流、電阻，其它量的測量則要添加擴(kuò)展功能。（3）單片機(jī)部分

36、和A/D轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的核心，ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF)；AT89C51單片機(jī)作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。（4）對于硬件的制作，由于布線麻煩，零件買不到，還有成本太高等原因，做起來復(fù)雜，焊接也很難，以致未能做出實物。參考文獻(xiàn)1 李健.50000字手持?jǐn)?shù)字萬用表的研究與設(shè)計D.西安：西安工業(yè)大學(xué)，20052 王西超.5位半臺式數(shù)字萬用表的研究與設(shè)計D.西安：西安工業(yè)大學(xué)，20063 .M.北京：，2003.15-204 .模擬電

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