基于單片機控制數(shù)字萬用表論文

1、-*農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱： 單片機原理與應(yīng)用 學(xué)生： 完成時間： 系部專業(yè)班級課程實訓(xùn)題目姓名組別同組實訓(xùn)者指導(dǎo)教師實訓(xùn)時間指導(dǎo)教師評語指導(dǎo)教師簽名：_年 _ 月_日實訓(xùn)成績. z-摘 要本課題設(shè)計了一個基于單片機的數(shù)字多用表，這種數(shù)字多用表以單片機AT89S52作為數(shù)據(jù)處理主控芯片。首先，將輸入的待測模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成為單片機能夠識別和處理的數(shù)字信號；然后，單片機對此數(shù)字信號進展數(shù)據(jù)處理；最后，測量結(jié)果通過LED顯示模塊顯示出來。本課題設(shè)計的數(shù)字多用表具有用途多、測量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，是電子測量中最常用的工具之一。它可以用來測量電壓、電流、電

2、阻等，操作起來非常簡單，而且還可以進展功能擴展。關(guān)鍵詞：單片機；電子測量；A/D轉(zhuǎn)換；LED顯示. z-目 錄1、數(shù)字萬用表設(shè)計的目的及背景11.1 設(shè)計目的11.2 設(shè)計背景12、數(shù)字萬用表設(shè)計的任務(wù)與要求12.1 設(shè)計任務(wù)12.2設(shè)計要求13、數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)及要解決的問題13.1數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)13.2 數(shù)字萬用表設(shè)計重點解決的問題24、數(shù)字萬用表的根本原理及設(shè)計特點24.1 數(shù)字萬用表的根本原理24.2 數(shù)字萬用表具有以下幾點特點25、硬件設(shè)計35.1 單片機及其外電路35.1.1 單片機AT89S5235.1.2 單片機AT89S52主要性能45.1.3功能特性描述45.1.

3、4 單片機外圍電路圖45.2 A/D轉(zhuǎn)換電路55.3 顯示電路55.4電阻測量電路65.5電壓測量電路75.6電流測量電路76、軟件設(shè)計86.1系統(tǒng)總流程圖86.2物理量采集處理流程圖9總 結(jié)10參考文獻11附 錄12附錄1硬件設(shè)計整體構(gòu)造圖12附錄2 數(shù)字多用儀表元件清單14附錄3 程序代碼源15. z-1、數(shù)字萬用表設(shè)計的目的及背景1.1 設(shè)計目的本課程設(shè)計是在學(xué)習(xí)先修課程?單片機原理與應(yīng)用?之后，為加強對學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用能力的培養(yǎng)而開設(shè)的綜合設(shè)計訓(xùn)練環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計應(yīng)結(jié)合?單片機原理與應(yīng)用?課程的根底理論，重點強調(diào)實際應(yīng)用技能訓(xùn)練，包括單片機系統(tǒng)設(shè)計的軟件和硬件兩局部。其課程設(shè)計任務(wù)是

4、使學(xué)生通過應(yīng)用單片機系統(tǒng)設(shè)計的根本理論，根本知識與根本技能，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計、調(diào)試方法，初步掌握并具備應(yīng)用單片機進展設(shè)備技術(shù)改造和產(chǎn)品開發(fā)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力。 1.2 設(shè)計背景數(shù)字萬用表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種根本測量，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，示出強大的生命力。隨著時代科技的進步，數(shù)字萬用表的功能越來越強大，把電量及非電量的測量技術(shù)提高到嶄新水平。2、數(shù)字萬用表設(shè)計的任務(wù)與要求2.1 設(shè)計任務(wù)1可以檢測電壓、電流、電阻，用功能開關(guān)選擇。 2在4

5、位LED顯示器示檢測值。2.2設(shè)計要求 (1)給出系統(tǒng)硬件電路原理圖用protel或其它電路圖軟件畫出。 (2)給出系統(tǒng)程序流程圖、程序清單加注釋。 (3)以論文格式給出設(shè)計報告。3、數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)及要解決的問題3.1數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設(shè)計要求：“設(shè)計一個數(shù)字萬用表，能夠測量電流、電壓、電阻值，四位數(shù)碼顯示。電壓測量圍為05V，測量誤差約為正負0.02V，電流測量圍為1100mA，測量誤差約為正負0.5mA，電阻測量圍為01000，測量誤差約為正負2。由此設(shè)想出以下的解決方法，即數(shù)字萬用表的系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、51單片機最小系統(tǒng)、顯示局部

6、、AD轉(zhuǎn)換和控制局部組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。3.2 數(shù)字萬用表設(shè)計重點解決的問題本設(shè)計重點要解決的問題是對不同量程的各種測量容的轉(zhuǎn)換，還有就是各局部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。4、數(shù)字萬用表的根本原理及設(shè)計特點4.1 數(shù)字萬用表的根本原理 數(shù)字萬用表的最根本功能是能夠測量電流、電壓，還有能夠測量電阻，數(shù)字萬用表DMM亦稱數(shù)字多用表，是目前在電子檢測及維修工作中最常用、最得力的一種工具類數(shù)字儀表。它采用的數(shù)字化測量技術(shù)，通過對連續(xù)的模擬量直流輸入電壓的采樣將其轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字量，并以十進制數(shù)字

7、形式顯示出來。由于部采用了運放電路,阻可以做得很大,往往在1M歐或更大(即可以得到更高的靈敏度)。這使得對被測電路的影響可以更小，測量精度較高。 根據(jù)設(shè)計要求，將整個系統(tǒng)分為4局部：測量電路局部、通道選擇及量程轉(zhuǎn)換局部、A/D轉(zhuǎn)換電路局部、主控電路局部，其中測量局局部為交直流電壓、電流測量以及電阻阻值。對于交流輸入，先將其轉(zhuǎn)化為等值的直流信號，再采用分壓式測量，而直流輸入，采用分壓式直接測量；電阻的測量采用伏安法，由A/D采樣輸入單片機；二極管正向?qū)▔航挡捎靡缓懔髟醇釉诒粶y器件上，再有A/D采樣輸入單片機；三極管hfe值的測量是給其基極加上一偏置電壓，測得輸出電流，再轉(zhuǎn)換成電壓信號輸入單片機

8、。通道選擇及量程轉(zhuǎn)換局部我們采用小型繼電器控制;MCU主控電路采用AT89S52單片機。4.2 數(shù)字萬用表具有以下幾點特點 1顯示清晰直觀 2計數(shù)準(zhǔn)確 3準(zhǔn)確度高 4分辨力高 5測試功能強 6測量圍寬 7測量速率快 8輸入阻抗高 9集成度高，微功耗 10保護功能完善，抗干擾能力強5、硬件設(shè)計5.1 單片機及其外電路5.1.1 單片機AT89S52單片機選擇的是較為熟悉的AT89S52,引腳如圖5-1所示單片機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(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上F

9、lash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片晶振及時鐘電路。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停頓工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停頓，直

10、到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。單片機及其外圍電路主要是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的時鐘源和復(fù)位操。圖5-1 AT89S52芯片引腳圖5.1.2 單片機AT89S52主要性能. z-1與MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容28K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器31000 次擦寫周期4全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 5三級加密程序存儲器632 個可編程I/O 口線7三個16 位定時器/計數(shù)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11掉電后中斷可喚醒12看門狗定時器13雙數(shù)據(jù)指針14掉電標(biāo)識符. z-5.1.3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

11、程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片晶振及時鐘電路。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

12、下，CPU停頓工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停頓，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。5.1.4 單片機外圍電路圖圖5-2 單片機及其外圍電路5.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 如圖5-3所示，ADC0808是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)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(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 ADC0808對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓圍是05V，假設(shè)信號太小，必須進展放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如假設(shè)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

13、：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展鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進展轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。本設(shè)計采用直通方式如圖1，其中AV、VV、RV分別作為待測信號，通過ABC選通并輸入AD。圖5-3 ADC0808連接圖5.3 顯示電路如圖5-4所示，SR420561K是一個用于驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管顯示器的BCD碼七段碼。特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動LED示器。SR420561K是一片

14、CMOS BCD鎖存/7段譯碼/驅(qū)動器。本次設(shè)計我們通過74LS374來驅(qū)動，再通過74HC245來放大信號輸入給顯示，電路圖如圖5-5。圖5-4SR420561K引腳圖圖5-5顯示電路及外圍電路5.4電阻測量電路運算放大器的反響電阻R*作為待測量電阻，通過1000電阻R19接到電源-5V。假定運算放大器理想，則，將RV送給ADC0808，轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量為，注意此時刻得到的R*為二進制，需要轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)后才能送給數(shù)碼管顯示。程序中采用無符號除法，連續(xù)進展次除以10的除法，依次取得為數(shù)值，并且電阻測量圍只保證在01000圍誤差不超過2，如果測量其他圍的電阻，需要修改R19的數(shù)值，或采用其他電

15、路。電路圖如5-6所示。圖5-6 數(shù)字多用儀表的電阻測量輸入電路圖5.5電壓測量電路待測電壓經(jīng)過低通濾波器除高頻干擾，再通過同相放大器送給ADC0808，電壓測量圍為05V ,ADC0808的分辨率為8位，測量誤差約為0.02V,電路圖如5-7。圖57 數(shù)字多用儀表的電壓測量輸入電路5.6電流測量電路 如圖5-8所示為數(shù)字多用儀表的電流測量輸入電路。電流測量圍為1100mA，因為ADC0808是電壓轉(zhuǎn)換器件，必須將電流轉(zhuǎn)換為電壓才能進展測量，這可以通過串接電阻RL來實現(xiàn)，注意，RL必須很小例如.，否則影響電流數(shù)值。由于待測電流和RL都很小，RL兩端的電壓大小，必須將其放大到ADC0808能夠分

16、辨的圍之。假設(shè)待測電流大小為I，RL兩端節(jié)點電壓分別為VA和VB，VA經(jīng)過反向放大緩沖電路之后VCVA。VA和VB經(jīng)過拆分反向放大電路，得VDVBVA××××，再經(jīng)過同相放大電路得AVVD××××I×0.1×352。將AV送給ADC0808轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字量為DAV=,單片機讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過逆向運算可得I=在進展計算；其次，這樣算出來的電流數(shù)值誤差比較大，原因是LM324不是精細理想運算放大器，當(dāng)輸入信號很小時，誤差比較大。因此需要對計算數(shù)值進展修正，方法是：先計算DAV*50000，然

17、后將結(jié)果減去102000，再將得到的結(jié)果除以89760，這樣比較準(zhǔn)確。關(guān)于102000這個數(shù)值是，通過反復(fù)測試并經(jīng)過曲線擬合得到的。圖58 數(shù)字多用儀表的電流測量輸入電路6、軟件設(shè)計6.1系統(tǒng)總流程圖圖6-16.2物理量采集處理流程圖圖6-2總結(jié)通過三周的單片機課題的設(shè)計，使我真正的、全面的有時機對大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)課和專業(yè)知識進展了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，從課題的分析設(shè)計到最后的硬件電路設(shè)計和軟件編程設(shè)計的實現(xiàn)，都是在教師的指導(dǎo)下，逐步完成的。本課題設(shè)計了一個數(shù)字多用表，這種數(shù)字多用表以單片AT89S52作為數(shù)據(jù)處理主控芯片，并以模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808、鎖存器74LS374、液晶顯示模塊作為外

18、圍電路，構(gòu)成了整個的硬件電路。待測的模擬量首先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成為單片機能夠識別和處理的數(shù)字信號；然后，單片機對此數(shù)字信號進展數(shù)據(jù)處理；最后，測量結(jié)果通過顯示模塊顯示出來。可以用來測量電壓、電流、電阻，而且還可以進展功能的擴展。由于能力和時間有限，系統(tǒng)還有一些地方不盡如人意。比方，本系統(tǒng)能直接測量的電壓圍比較小，要想測量大電壓必須先進展分壓處理。因為A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808有8個輸入端口，所以，理論上講本系統(tǒng)能夠分時地對8路信號進展測量；如果接上濕度傳感器本系統(tǒng)還能象測量溫度那樣來測量濕度，而這些工作還有待今后一一地去解決。. z-參考文獻1吳正玲. 虛擬電子測試平臺數(shù)字萬用表的研制

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23、源晶振2MHz113電源插口5V114電感22uH115開關(guān)SW-3(三合一)116電源接口217測量接口618滑動變阻器1k219電阻0.112022121301221k12310k32440k425100k6261.5M1272.2M128電容22P2290.1uF4300.1uF(有正負)1310.33uF1320.33uF(有正負)13310uF(有正負)1附錄3 程序代碼源org0000h;單片機復(fù)位地址ajmp main ;轉(zhuǎn)移到主程序處 org 0100h ;main被定位在0*0100處main: mov sp,*80h ;初始化堆棧指針 jnb P1.0,cr ;測量功能判斷

24、jnb P1.1,cvjnb P1.2,cacr: mov R7,*00h lcall adc LCALL RDAT lcall DISPLAY sjmp mainCV: MOV R7,*01H LCALL ADC LCALL VDAT LCALL DISPLAYSJMP MAINCA: MOV R7,*02H LCALL ADCLCALL ADATLCALL DISPLAY SJMP MAIN*ADC: MOV A,R7 ;0808 A/D轉(zhuǎn)換子程序 MOV DPTR,*7FFFH MOV* DPTR,A P3.3,$ MOV* A,DPTR ;輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果 RET*vdat: mov R2

25、,*00h ;電壓測量數(shù)據(jù)處理mov R3,A mov R6,*01h mov R7,*0F4h call MULD2 ;乘以500 clr C mov A,r5 add A,*60h ;加96修正 mov r5,A mov A,r4 addc A,*00h mov r4,A mov A,r3 addc A,*00h mov r3,A mov A,r2 addc A,*00h mov r2,A mov r0,*30h mov r1,*34h mov A,R2 mov r1,A inc r1 mov A,R3 mov r1,A inc r1 mov A,R4 mov r1,A inc r1 mo

26、v A,R5 mov r1,A inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*0FFh call DIVD4 ;除以255 mov r1,*38h mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*0Ah call DIVD4 mov 43h,33h call DIVD4 mov 42h,33h call DIVD4 mov 41h,33h mov r0,*40h mov r0,*00h inc r0 mov A,41

27、h mov DPTR,*SEGMENT7 movc A,A+DPTR orl A,*80h mov r0,A inc r0 mov A,42h mov DPTR,*SEGMENT7 movc A,A+DPTR mov r0,A inc r0 mov A,43h mov DPTR,*SEGMENT7 movc A,A+DPTR mov r0,A Ret*ADAT: mov B,A ;電流測量數(shù)據(jù)處理 mov A,*0B6h clr C ;以下根據(jù)圍設(shè)置數(shù)值以防溢出 subb A,B jc LARGERA mov A,B subb A,*16h jc LESSA ajmp MIDDLEALARGE

28、RA: mov A,*0B6h ajmp CALCULATEALESSA: mov A,*16h ajmp CALCULATEAMIDDLEA: mov A,BCALCULATEA: mov r2,*0C3h mov r3,*50h mov r6,*00h mov r7,A call MULD2 ;乘以50000 clr C mov A,r5 subb A,*70h ;以下減去102000 mov r5,A mov 37h,A mov A,r4 subb A,*8Eh mov r4,A mov 36h,A mov A,r3 subb A,*01h mov r3,A mov 35h,A mov

29、A,r2 subb A,*00h mov r2,A mov 34h,A mov r0,*30h mov r1,*38h mov r1,*00h inc r1 mov r1,*01h inc r1 mov r1,*5Eh inc r1 mov r1,*0A0h call DIVD4 ;除以89760 mov r1,*38h mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*0Ah mov DPTR,*SEGMENT7 call DIVD4 mov A,33h movc A,A+DPTR mov 43h,A call

30、DIVD4 mov A,33h movc A,A+DPTR mov 42h,A call DIVD4 mov A,33h movc A,A+DPTR cjne A,*3Fh,NOTEQU mov A,*00hNOTEQU：mov 41h,A mov 40h,*00h RET*rdat: mov R2,*00h mov R3,A mov R6,*03h mov R7,*0E8h call MULD2 ;乘以1000 mov r0,*30h mov r1,*34h mov A,R2 mov r1,A inc r1 mov A,R3 mov r1,A inc r1 mov A,R4 mov r1,A

31、 inc r1 mov A,R5 mov r1,A inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*0FFh call DIVD4 ;除以255 mov r1,*38h mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*00h inc r1 mov r1,*0Ah mov DPTR,*SEGMENT7 call DIVD4 ;連續(xù)進展4次除以10的操作 mov A,33h ;取得10進制值 movc A,A+DPTR mov 43h,A call DIVD4

32、 mov A,33h movc A,A+DPTR mov 42h,A call DIVD4 mov A,33h movc A,A+DPTR mov 41h,A call DIVD4 mov A,33h movc A,A+DPTR cjne A,*3Fh,NONZERO mov A,*00hNONZERO: mov 40h,Aret*DELAY_5ms: mov R5,*01h ;設(shè)置R5初始計數(shù)值DELAY_5ms1: mov R6,*16h ;設(shè)置R6初始計數(shù)值DELAY_5ms2: mov R7,*70h ;設(shè)置R7初始計數(shù)值DELAY_5ms3: djnz R7,DELAY_5ms3 ;

33、延時時間為 Time=( ( (R7*2)+2+1 )*R6+2+1 )*R5+1 djnz R6,DELAY_5ms2 djnz R5,DELAY_5ms1 ret*SEGMENT7: DB 3Fh ;7段數(shù)碼管字符0的abcdefg的值,a在最低位,最高位始終保存為0 DB 06h DB 5Bh DB 4Fh DB 66h DB 6Dh DB 7Dh DB 07h DB 7Fh DB 6Fh*DISPLAY: mov DPTR,*0fEffh ;寫第一位數(shù)碼管mov r1,*40h mov A,r1 mov* DPTR,A setb C mov P1.4,C clr C mov P1.4,C mov P1.4,C inc r1 mov A,r1 ;寫第二位數(shù)碼管 mov* DPTR,A setb C mov P1.5,C clr C mov P1.5,C call DELAY_5ms se