數字萬用表 畢業(yè)設計論文

1、摘 要本次設計用單片機芯片AT89s52設計一個數字萬用表，能夠測量交、直流電壓值、直流電流、直流電阻以及電容，四位數碼顯示。此系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準電阻、電容測試芯片電路、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、AD轉換和控制部分組成。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AD0809數據轉換芯片，單片機系統(tǒng)設計采用AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復位電路和11.0592MHZ震蕩電路，顯示芯片用TEC6122，驅動8位數碼管顯示。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。關鍵詞： 數字萬用表； AT89S52單片機； AD轉換與控制Abstr

2、actThis design is design a digital universal meter with chip AT89s52 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resis

3、tance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is d

4、esigned to adopt AT89S52 one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses TEC6122, urge 8 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of p

5、rocedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system. Keyword： Digital universal meter； AT89S52 one-chip computer AD changes and controls 目 錄摘 要iAbstractii緒 論4第一章 數字萬用表設計背景6 1.1數字萬用表的設計目的和意義6 1.2 數字萬用表的設計依據6 1.3數字萬用表設計重點解決的問題6第二章數字萬用表總體設計方案6 2.1數字萬用表的基本原理6 2

6、.2 數字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖12 2.3硬件電路設計方案及選用芯片介紹13 2.3.1 設計方案13 2.3.2 芯片選擇及功能簡介14 2.4數字萬用表的硬件設計24 2.4.1分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法24 2.4.2 數字萬用表控制硬件整體結構圖29 2.4.3 電路的工作過程描述29第三章系統(tǒng)軟件與流程圖303.1 電路功能模塊303.2系統(tǒng)總流程圖303.3物理量采集處理流程323.4電壓測量過程流程圖323.5電流的測量過程流程圖343.6電阻的測量過程流程圖353.7電容測量過程流程圖36結 論37致 謝38參考文獻39第一章 緒 論數字萬用表亦稱數字多用表,簡稱

7、DMM(Digtial Multimeter)。它是采用數字化測量技術，把連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的、離散的數字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式萬用表功能單精度低，不能滿足數字化時代的需求，采用單片的數字萬用表，精度高、抗干擾能力強，可擴展尾強、集成方便，目前，由各種單片機芯片構成的數字電萬用表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，顯示出強大的生命力。數字萬用表具有以下幾點特點：1）顯示清晰直觀，計數準確為了提高觀察的清晰度，新型的手持式數字用用表（HDMM）已普遍采用字高為26mm的大屏幕LCD（液晶顯示器）。有些數字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀

8、察讀數。2）顯示位數數字萬用表的顯示位數通常為3位半到8位半。3）準確度高準確度是測量結果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量結果與真值的一致程度，也反映了測量誤差的大小，準確度愈高，測量誤差愈小。數字萬用表的準確度遠優(yōu)于指針萬用表。4）分辨力高數字萬用表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱作儀表的分辨力，宏觀世界反映了儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數的增加而提高。5）測試功能強數字萬用表不公可以測量直流電壓（DCV）、交流電壓（ACV）、直流電流（DCA）、交流電流（ACA）、電阻（）、二極管正向壓降（Uf）、等等。新型數字萬用表大多增加了下述測試功能：讀數保持（HOLD）、邏輯

9、（LOGIC）測試等等。6）測量范圍寬數字萬用表可滿足常規(guī)電子測量的需要。智能數字萬用表的測量范圍更寬。7）測量速率快數字萬用表在每秒鐘內對被測電壓的測量次數叫測量速率，單位是“次/秒”。它主要取決于A/D轉換器的轉換速率。一般數字萬用表的測量速率為25次/秒。有的能達到20次/秒以上，另有的一些比這個還要高得多。數字萬用表可滿足不同用戶對測量速率的需要。8）輸入阻抗高數字萬用表電壓擋具有很高的輸入阻抗，通常為1010000M，從被測電路上吸取的電流小，不會影響被測信號源的工作狀態(tài)，能減小由信號源內阻引起的測量誤差。9）集成度高，微功耗新型數字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉換器

10、，整機功耗很低，3位半，4位半手持式數字萬用表的整機功耗僅幾十毫瓦，可用9V疊層電池供電。10）保護功能完善，抗干擾能力強數字萬用表具有比較完善的保護電路，過載能力強，新型數字萬用表還增加了高壓保護器件，能防止浪涌電壓。本設計就是基于這個基礎設計一個基于單片機的數字萬用表。該設備具有直觀簡單的優(yōu)點。并且能深入的說明萬用表的測量原理。能直觀的了解萬用表各個部分的結構和測試原則。461. 數字萬用表設計背景 自從1977年世界上首臺手持式數字萬用表問世以來，研究者在萬用表的功能和設計上不斷創(chuàng)新，新品迭出。 數字萬用表是電測技術中的一種常用儀表，它把電子技術、計算技術、自動化技術的成果和電測技術結合

11、在一起，以其操作方便、讀數準確、體積小巧、攜帶方便等優(yōu)點成為現(xiàn)代測量中不可缺少的儀器，它可以測量直流電流、交流電流、直流電壓、交流電壓、電阻、電容、二極管的正向壓降等，正在許多領域取代模擬式(即指針式)萬用表。具有使用方便、靈敏度高、測量速度快、量程寬、過載能力強、輸人阻抗高、指示值具有客觀性(不存在視覺誤差)、擴展能力強等優(yōu)點。1.1數字萬用表的設計目的和意義數字萬用表是當前電子、電工、儀器、儀表和測量領域大量使用的一種基本測量，已被廣泛應用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，示出強大的生命力。隨著時代科技的進步，數字萬用表的功能越來越強大，把電量及非電量的測量技

12、術提高到嶄新水平。1.2 數字萬用表的設計依據根據數字萬用表的原理，結合以下的設計要求：“設計一個數字萬用表，能夠測量交、直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位數碼顯示。實現(xiàn)多級量程的直流電壓測量，其量程范圍是200mv、2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)多級量程的交流電壓測量，其量程范圍是200mv、2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)多級量程的直流電流測量，其量程范圍是2mA ，20mA，200mA、2A和20A.實現(xiàn)多級量程的電阻測量，其量程范圍是200、2k ,20k,200k和2M。”以及電容測量電路。由此設想出以下的解決方法，即數字萬用表的系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻

13、、基準電阻、電容測試芯片電路、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、AD轉換和控制部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。1.3數字萬用表設計重點解決的問題本設計重點要解決的問題是對不同量程的各種測量內容的轉換，還有就是各部分電路組合成一個完整的數字萬用表，而難點解決的問題就是程序的設計，要保正其可行性從而保證設計的正確性。2013屆湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文 ) 2 數字萬用表總體設計方案2.1數字萬用表的基本原理數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，還有能夠測量電阻，數字萬用表的基本組成見圖2.1。 圖2.1數字萬用表的基本組成下面我們分別介紹各個部分的

14、組成：2.1模數(A/D)轉換與數字顯示電路常見的物理量都是幅值(大小)連續(xù)變化的所謂模擬量(模擬信號)。指針式儀表可以直接對模擬電壓、電流進行顯示。而對數字式儀表，需要把模擬電信號(通常是電壓信號)轉換成數字信號，再進行顯示和處理(如存儲、傳輸、打印、運算等)。數字信號與模擬信號不同，其幅值(大小)是不連續(xù)的。這種情況被稱為是“量化的”。若最小量化單位(量化臺階)為，則數字信號的大小一定是的整數倍，該整數可以用二進制數碼表示。但為了能直觀地讀出信號大小的數值，需經過數碼變換(譯碼)后由數碼管或液晶屏顯示出來。例如，設=0.1，我們把被測電壓與比較，看是的多少倍，并把結果四舍五入取為整數 (二

15、進制)。一般情況下，1000即可滿足測量精度要求(量化誤差1/1000=0.1%)。最常見的數字表頭的最大示數為1999，被稱為三位半()數字表。對上述情況，我們把小數點定在最末位之前，顯示出來的就是以mV為單位的被測電壓的大小。如：是 (0.1)的1234倍，即=1234，顯示結果為123.4()。這樣的數字表頭，再加上電壓極性判別顯示電路，就可以測量顯示-199.9199.9的電壓，顯示精度為0.1。由上可見，數字測量儀表的核心是模數(A/D)轉換、譯碼顯示電路。A/D轉換一般又可分為量化、編碼兩個步驟。2) 、多量程數字電壓表原理在基準數字電壓表頭前面加一級分壓電路(分壓器)，可以擴展直

16、流電壓測量的量程。如圖2.2所示，為電壓表頭的量程(如200)，為其內阻(如10)，、為分壓電阻，為擴展后的量程。 圖2.2分壓電路原理 圖2.3多量程分壓器原由于r>>r2，所以分壓比為擴展后的量程為多量程分壓器原理電路見圖2.3，5檔量程的分壓比分別為1、0.1、0.01、0.001和0.0001，對應的量程分別為2000、200、20、2和200。采用圖3的分壓電路雖然可以擴展電壓表的量程，但在小量程檔明顯降低了電壓表的輸入阻抗，這在實際使用中是所不希望的。所以，實際數字萬用表的直流電壓檔電路為圖2.4所示，它能在不降低輸入阻抗的情況下，達到同樣的分壓效果。圖2.4 使用分壓

17、電路例如：其中200檔的分壓比為其余各檔的分壓比可同樣算出。實際設計時是根據各檔的分壓比和總電阻來確定各分壓電阻的。如先確定再計算2000檔的電阻再逐檔計算、。盡管上述最高量程檔的理論量程是2000，但通常的數字萬用表出于耐壓和安全考慮，規(guī)定最高電壓量限為1000。換量程時，多刀量程轉換開關可以根據檔位自動調整小數點的顯示，使用者可方便地直讀出測量結果。3）、多量程數字電流表原理測量電流的原理是：根據歐姆定律，用合適的取樣電阻把待測電流轉換為相應的電壓，再進行測量。如圖2.5，由于，取樣電阻上的電壓降為即被測電流 圖2.5電流測量原理 圖2.6多量程分流器電路若數字表頭的電壓量程為，欲使電流檔

18、量程為，則該檔的取樣電阻(也稱分流電阻) 如=200，則=200檔的分流電阻為。多量程分流器原理電路見圖2.6。圖2.6中的分流器在實際使用中有一個缺點，就是當換檔開關接觸不良時，被測電路的電壓可能使數字表頭過載，所以，實際數字萬用表的直流電流檔電路為圖2.7所示。 圖2.7實用分流器電路圖2.7中各檔分流電阻的阻值是這樣計算的：先計算最大電流檔的分流電阻再計算下一檔的依次可計算出、和。圖中的BX是2A保險絲管，電流過大時會快速熔斷，超過流保護作用。兩只反向連接且與分流電阻并聯(lián)的二極管D1、D2為塑封硅整流二極管，它們起雙向限幅過壓保護作用。正常測量時，輸入電壓小于硅二極管的正向導通壓降，二極

19、管截止，對測量毫無影響。一旦輸入電壓大于0.7，二極管立即導通，兩端電壓被限制住(小于0.7)，保護儀表不被損壞。4）、 交流電壓電流測量處理原理圖2.8 AC-DC變換器原理簡圖數字萬用表中交流電壓，電流測量電路是在直流電壓、電流測量電路的基礎上，在分壓器或分流器之后加入了一級交流-直流(AC-DC)變換器，圖2.8為其原理簡圖。 該AC-DC變換器主要由集成運算放大器、整流二極管、RC濾波器等組成，還包含一個能調整輸出電壓高低的電位器，用來對交流電壓檔進行校準之用。調整該電位器可使數字表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。同直流電壓檔類似，出于對耐壓、安全方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通

20、常限定為700(有效值)。圖2.9電阻測量原理5）、 電阻測量原理數字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量法，其原理電路見圖2.9。 由穩(wěn)壓管ZD提供測量基準電壓，流過標準電阻和被測電阻的電流基本相等(數字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計)。所以A/D轉換器的參考電壓和輸入電壓有如下關系： 即圖2.10電阻測量根據所用A/D轉換器的特性可知，數字表顯示的是與的比值，當=時顯示“1000”，=0.5時顯示“500”，以此類推。所以，當時，表頭將顯示“1000”，當時顯示“500”，這稱為比例讀數特性。因此，我們只要選取不同的標準電阻并適當地對小數點進行定位，就能得到不同的電阻測量檔。如對2

21、00檔，取=100，小數點定在十位上。當=100時，表頭就會顯示出100.0。當變化時，顯示值相應變化，可以從0.1測到199.9。又如對2檔，取，小數點定在千位上。當變化時，顯示值相應變化，可以從0.001測到1.999。其余各檔道理相同，同學們可自行推演。數字萬用表多量程電阻檔電路見圖10。由上分析可知，圖2.10中由正溫度系數(PTC)熱敏電阻與晶體管組成了過壓保護電路，以防誤用電阻檔去測高電壓時損壞集成電路。當誤測高電壓時，晶體管發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時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，使的擊穿電流不超過允許范圍。即只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損

22、壞，一旦解除誤操作，和都能恢復正常。6）、 電容測量原理電容測量是根據電容充電原理其充電電壓與時間成一定的指數關系。根據電壓和時間可以計算出電容的值。2.2 數字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖如下圖2.11所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復位電路、震蕩電路、ADC輸入、被測量顯示、超限報警、ADC使能控制。復位電路用來清零，進行下一次的測量；震蕩電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定；ADC輸入則是將輸入量進行AD轉換；測量顯示就是顯示測量的數值；超限報警部分則是用作當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行控制，允許輸入或者不允許。復位

23、電路震蕩電路ADC輸入被測量顯示超限報警ADC使能控制89s52圖2.11. 總體電路設計原理圖2.3硬件電路設計方案及選用芯片介紹2.3.1 設計方案用單片機AT89S52與ADC0809設計一個數字萬用表，配合分流電阻、分壓電阻、基準電阻可以測量交、直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位數碼顯示。實現(xiàn)四級量程的直流電壓測量，其量程范圍是2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)四級量程的交流電壓測量，其量程范圍是2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)四級量程的直流電流測量，其量程范圍是2mA  ,20mA,200mA和2A.實現(xiàn)四級量程的電阻測量，其量程范圍是2k ,20

24、k,200k和2M.，并且有超出量程的情況發(fā)生時，蜂鳴器發(fā)聲報警。2.3.2 芯片選擇及功能簡介2.3.2.1 AT89S52芯片功能特性描述AT89S52引腳框圖：圖2.12 AT89S52芯片引腳圖AT89S52 主要性能：1、 與MCS-51 單片機產品兼容2、8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器3、1000 次擦寫周期4、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 5、 三級加密程序存儲器6、32 個可編程I/O 口線7、三個16 位定時器/計數器8、八個中斷源9、全雙工UART 串行通道10、低功耗空閑和掉電模式l 1、掉電后中斷可喚醒l2、 看門狗定時器13、雙數據指針l 4、掉電標識符方框圖

25、：圖2.13 AT89S52內部框圖2013屆湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文 ) 功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針

26、，三個16 位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。VCC : 電源GND: 地P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電

27、阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸（P1.0/T2）和時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。表2.1 P1口的第二功能P2 口：P2

28、口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙

29、向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表2.2 P3口的第二功能RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE

30、/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PS

31、EN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。Flash 編程并行模式：AT89S52 帶有用作編程的片上Flash 存儲器陣列。編程接口需要一個高電壓（12V）編程使能信號，并且兼容

32、常規(guī)的第三方Flash 或EPROM 編程器。AT89S52 程序存儲陣列采用字節(jié)式編程。編程方法：對AT89S52 編程之前，需根據Flash 編程模式表和圖13、圖14 對地址、數據和控制信號設置?？刹捎孟铝胁襟E對AT89S52 編程：1在地址線上輸入編程單元地址信號2在數據線上輸入正確的數據3激活相應的控制信號4把EA/Vpp 升至12V 5每給Flash 寫入一個字節(jié)或程序加密位時，都要給ALE/PROG 一次脈沖。字節(jié)寫周期時自身定制的，典型值僅50us。改變地址、數據重復第1 步到第5 步知道全部文件結束。Data Polling AT89S52 用Data Polling 作為一

33、個字節(jié)寫周期結束的標志特征2、ADC0809介紹ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。（1）ADC0809的內部邏輯結構 圖2.14 ADC0809的內部邏輯結構上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉換完的數字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據。（2） 引腳結構 圖2.15 ADC0809引

34、腳結構圖IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 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行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表2.3 地址輸入線的通道選擇CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN

35、4101IN5110IN6111IN7數字量輸出及控制線：11條 ST為轉換啟動信號。當ST上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉換；在轉換期間，ST應保持低電平。EOC為轉換結束信號。當EOC為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行A/D轉換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。OE1，輸出轉換得到的數據；OE0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數字量輸出線。 CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內部沒有時鐘電路，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。 ADC0809應

36、用說明：（1） ADC0809內部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。 （2） 初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 （3） 送要轉換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 （4） 在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 （5） 是否轉換完畢，我們根據EOC信號來判斷。 （6） 當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉換的數據就輸出給單片機了。 3、TEC6122簡述（1）概述TEC6122共陰極8X8段LED數碼管（8X8點陣）顯示驅動電路是全定制專用集成電路。該電路由開機自清電路、振蕩電路、位掃描驅動電路、8X8 bit移位寄存器電路、8X8 bit數據鎖存器

37、電路、段多路選擇器驅動電路組成。它可與各種型號的微處理器串行口或并行口interface,專供驅動8位X8段共陰極LED數碼管（8X8LED點陣）。（2）特點工作電壓：+4V+6V位掃描驅動電流80mA（VDD=+5V）段掃描驅動電流10mA（VDD=+5V）可驅動高彩色LED管可通過N個TEC6122級聯(lián)實行NX8位LED顯示管腳間距2.54mm ,標準24pin窄塑封雙列直插封裝（3）位掃描共陰極LED顯示原理位掃描共陰極LED顯示原理圖及位掃描波形如附圖。位掃描信號接S1，S2，S8順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復。S1顯示第一位（個位），S2顯示第二位（十位），依次地S8顯示第八位（千萬位）。要

38、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。字形A B C D E F G DP16進制代碼（無小數點）16進制代碼（有小數點）011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H510110110B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEH

39、EFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不顯示0000000000H01H表2.4 字符段碼表（4）邏輯簡要說明圖2.16 TEC6122邏輯圖加電自清電路：片內加電自清電路使8X8bit段移位寄存器, 8X8Bit段數據鎖存器，振蕩時鐘分頻電路清“0”，清“0”期間LED不顯示，開機自清后LED顯示“0”。振蕩電路，位掃描驅動電路：振蕩電路是RC振蕩器,R在電路內部，只需外加電容470PF到GND(地)就構成RC振蕩器

40、，振蕩脈沖經分頻組合成S1S8位掃描驅動信號。S1驅動第一位(個位）, , S8驅動第八位（千萬位）。S1S8是開路輸出，LED是這它的負載。S1S8輸出受OEN控制，OEN=1，允許輸出，OEN=0，S1S8輸出為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。8X8bit串行移位寄存器：8X8bit串行移位寄存器SI為數據輸入，SO為數據輸出，SCP為移位脈沖。送入串行移位寄存器中的數是A，B，DP段數據，不是BCD碼數據。每次送入8bit段碼數據A、B、C、D、E、F、G、DP, DP是最低位，最先送入。A是高位，最后送入。移入串行移位寄存器中的段碼數據最先進入的是第一位（十進制個位），最后進入的是第八位（十進制千萬

41、位），上述這種約定，是用戶編程時必須遵循的。段數據鎖存器，多路選擇器，段驅動器：移入8X8 bit串行移位寄存器中的段碼數據在LCP打入鎖存器脈沖作用下，鎖存到8X8 bit段數據鎖存器。數據鎖存器中的段碼經多路選擇器，S1時送第一位（個位）A1,B1,DP1，段碼顯示;依次地,S8送第8位（千萬位）A8，B8，DP8，段碼顯示。段碼A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP輸出受OEN控制，OEN=1，允許輸出。OEN=0，禁止輸出，A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。5）引腳信號及功能說明：SI：串行數據輸入。輸入數據由微處理器（計算機）程序給出。SCP：串行移位脈沖。移位脈沖個數由

42、微處理器（計算機）程序控制。SO：8X8bit串行移位寄存器數據輸出。SO接下一個TEC6122電路的SI，可擴展N個TEC6122電路。LCP：把8X8 bit串行移位寄存器中的數鎖存到8X8 bit段數據鎖存器打入脈沖，高電平有效。打入數據鎖存器的目的是上一個數據的顯示和下一個數據的準備（移位）可同時進行。同時也可防止數據移位過程中顯示數據的亂閃爍。實際使用過程中LCP連接有二種方法： A、通常的辦法是把LCP直接連到TEC6122的電源VDD上因LCP=1,總選通，數據移位太慢，數據移位過程被顯示了出來，數據可能會亂閃爍。B、用一個單片機端口驅動。數據移位前，LCP=0, 數據移位完成，

43、發(fā)LCP脈沖，把串行移位寄存器中的數并行打入數據鎖存器顯示。多片級連使用時，CP可做片選信號使用。數據移位前，LCP=0, 數據移位完成，發(fā)LCP脈沖，把串行移位寄存器中的數并行打入數據鎖存器顯示。OEN：輸出允許信號，高電平有效。OEN=1，允許位掃描信號一S1一S8輸出，允許段A，B，DP輸出。OEN=0，一S1一S8為高阻狀態(tài)（三態(tài)），A，B，DP為高組狀態(tài)（三態(tài)）。OEN的二種使用方法同LCP。A，B，DP：段輸出信號，開路輸出，LED做負載。S1S8：位掃描驅動信號，S1是第一位（十進制個位），S2是第二位（十進制十位）， S8是第8位（十進制千萬位）。OSC：振蕩電路輸入端。微處理

44、器產生的移位脈沖與顯示掃描信號S1S8是異步工作的。微處理器的任務是把要顯示的數據移入8X8 bit串行移位寄存器，然后打入8X8 bit數據鎖存器，后面就由S1S8控制顯示。振蕩電路是一個R·C振蕩器。R做在電路內部，OSC外接電容約470PF到GND（地）構成R·C振蕩器。振蕩器只供顯示掃描用，頻率大小要求不是太嚴格，只要LED顯示不要出現(xiàn)閃爍即可，通常S1S8頻率為1KHz2KHz。2.4數字萬用表的硬件設計2.4.1分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法2.4.1.1電源部分 由于高壓交流電會對弱電系統(tǒng)產生干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而電池之類的電源又存在維護不方便和電壓電流衰

45、減等的缺點，所以本次設計采用外部穩(wěn)壓電源供電，這里選用普通12V 500MA輸出的交流穩(wěn)壓電源輸入，該電池容量大，電壓衰減影響比較小，輸出穩(wěn)定，電路如下圖。圖2.17 電源電路在圖2.9的電路里穩(wěn)壓器7805的壓降是2.5V，偏移電流是6mA，我們需要的電壓是5V，電路提供的電壓是9V，則電阻承擔的電壓為1.5V，由此得 R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200歐姆2.4.1.2輸入端圖2.18 萬用表正表筆輸入端電路被測量的量的輸入端經過表筆流經保險絲，這樣做是為了起到保護作用,防止過壓過流而燒壞元器件后面接2個二極管。2.4.1.3分流電阻圖2.19 分流電阻電路如上圖，使用有一定

46、規(guī)律的R8R12電阻組合構成精密的電阻分流器，能夠實現(xiàn)分流大電流的目的，即20A的電流一律衰減到200MA.通過測量參考電壓經過計算得到實際的電流值。2.4.1.4分壓電阻圖2.20 分壓電阻電路如上圖，使用有一定規(guī)律的R2R6電阻組合構成精密的電阻分壓器，能夠實現(xiàn)分流大電壓的目的，即0500V的電壓一律衰減到200mV以下，通過測量參考電壓經過計算得到實際的電壓值。2.4.1.5基準電阻圖2.21 基準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具有非常準確的精度，而且耗電很小，上圖示

47、中所配置的一組電阻就叫“基準電阻”，就是通過切換各個接點得到不同的基準電阻值，再由AD0809的參考電壓Vref與被測電阻上得到的電壓V測進行“比例讀數”，當兩者電壓相等時，顯示就是 V測/Vref*500=500 ，按照需要再由AD0809控制轉換送AT89C52控制點亮LED屏幕上的小數點，就可以直接讀出被測電阻的阻值來了。在產品數字萬用表中，為了節(jié)省成本和簡化電路，測量電流的分流電阻和測量電壓的分壓電阻以及測量電阻的基準電阻往往就是同一組電阻。2.4.1.6交直流處理電路圖2.22 交直流處理電路通過該電路達到控制交直流的目的，并且通過調節(jié)可變電阻又可以有效地減少電壓的損耗。2.4.1.

48、7ADC部分圖2.23 ADC0809轉換電路由于ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉換之后的數據要經過數據處理，在數碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF)2.4.1.8報警部分圖2.24 報警電路當檢測到被測量超出預定的值蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲。具體的實現(xiàn)過程是單片機P3.3腳輸出高電平，使得Q1導通。使得LS1對地導通，蜂鳴器發(fā)出響聲。2.4.1.9單片機最小系統(tǒng)圖2.25 單片機最小系統(tǒng)電路本次設計采用ATMEL公司的AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。P0口做為ADC0809的數據總線，P2.

49、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。同時p1.0-p1.7 作為8255的信號輸入端，使單片機能檢測到所測量的物理量和量程。2.4.1.10顯示電路圖2.26顯示電路采用SPI總線LED驅動器TEC6122驅動8位數碼管，使得整個系統(tǒng)響應時間最快，顯示精度更高。采用4合1數碼管，減少PCB表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。2.4.1.11量程選擇控制電路圖2.27 物理量量程選擇電路通過8255的控制與傳輸，使單片機就檢測到所測量的物理量及其量程。2.4.1.12開關電路 圖2.28 開關電路如上圖，類似于常用的萬用表開關

50、，可以根據需要手動轉換測量量的量程，根據所需要測量的量選擇合適的量程。2.4.2 數字萬用表控制硬件整體結構圖 電路原理圖（見附錄一）2.4.3 電路的工作過程描述此工作當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，如上圖3.12所示，當開關要測量電壓、電流或者電阻時，則根據不同的量程需要分別選擇不同的量程開關，于便得到最準確的測量數據。AT89s52的P0口做為ADC0809的數據總線，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將測量的量轉換成單片機能識別的量之后由所給程序控制輸出，再送到

51、顯示芯片顯示。顯示芯片根據顯示程序顯示內容。本設計的原來要求是4位數碼顯示，但考慮到芯片TEC6122是驅動8位數碼顯示的，所以上面圖中數碼管TYP2不接上也是滿足設計要求的，接上去只是滿足芯片的8位驅動。 2013屆湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文 ) 第三章 系統(tǒng)軟件與流程圖在系統(tǒng)軟件與流程圖里主要論述了，軟件結構，軟件設計等。3.1 電路功能模塊由總體設計框圖3.1，本萬用表由以下幾部分功能模塊組成，復位電路、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轉換、和顯示，延時子程序在整個程序中多次被調用，ADC轉換則

52、是每次測量都會需要用到的，當進行測量時，ADC0809將被測量轉換為2進制數發(fā)給單片機然后單片機根據軟件協(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的驅動程序。復位電路震蕩電路ADC輸入被測量顯示超限報警ADC使能控制89s52圖3.1 功能模塊設計框圖3.2系統(tǒng)總流程圖開始系統(tǒng)初始化LED初始化P3.1=1？使能A/D轉換單片機接收數據P3.2=1？轉換結果送LED顯示超限否？結束報警YNYNYN圖3.2系統(tǒng)總流程圖3.3物理量采集處理流程：圖3.3物理量采集處理流程3.4電壓測量過程流程圖：圖3.4電壓測量流程圖3.5電流的測量過程流程圖：圖3.5電流測量流程圖3

53、.6電阻的測量過程流程圖：圖3.6電阻測量流程圖3.7電容測量過程流程圖：圖3.7電容測量流程圖 2013屆湖北汽車工業(yè)學院畢業(yè)設計（論文 ) 結 論數字式萬用表內部采用了多種振蕩，放大，分頻，保護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。由于內部結構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.自動保護等.但使用較復雜).損壞后一般也不易修復。數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)，由于數字萬用表的測量范圍很大，廣泛應用于工業(yè)領域。本電路的設計剛比較簡單，不

54、過也有它的優(yōu)點：高精度、低功耗、量程寬、可擴展性強等。設計結果綜述：（1）、數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、基準電阻、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、AD轉換和控制部分組成。（2）、數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果，因此上面的設計只是設計用來測量電壓電流電阻，其它量的測量則要添加擴展功能。（3）、單片機部分跟AD轉換部分是整個設計的核心，ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉換之后的數據要經過數據處理，在數碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值(D/256*VREF)；AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系