基于-單片機數(shù)字萬用表設計_論文

1、-. z題 目：基于單片機的數(shù)字萬用表設計院系:機電工程系 專業(yè):機電一體化學號:姓 名:指導教師:完成日期:-. z摘 要本次設計用單片機芯片AT89s52設計一個數(shù)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(shù)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)、顯示局部、報警局部、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，本電路使用了AD0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(qū)動8位數(shù)碼管顯示。程序每

2、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(shù)字萬用表 AT89S52單片機 AD轉(zhuǎn)換與控制-. z目 錄 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc202145539 h iAbstract PAGEREF _Toc202145540 h ii緒論 PAGEREF _Toc202145541 h 51. 數(shù)字萬用表設計背景 PAGEREF _Toc202145542 h 71.1數(shù)字萬用表的設計目的和意義 PAGEREF _Toc202145543 h 71.2 數(shù)字萬用表的設計依據(jù) PAGEREF _Toc202145544 h 71.3數(shù)字萬用表設計重點解決的問題

3、 PAGEREF _Toc202145545 h 72 數(shù)字萬用表總體設計方案 PAGEREF _Toc202145546 h 72.1數(shù)字萬用表的根本原理 PAGEREF _Toc202145547 h 72.2 數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖 PAGEREF _Toc202145548 h 132.3硬件電路設計方案及選用芯片介紹 PAGEREF _Toc202145549 h 142.3.1 設計方案 PAGEREF _Toc202145550 h 142.3.2 芯片選擇及功能簡介 PAGEREF _Toc202145551 h 142.4數(shù)字萬用表的硬件設計 PAGEREF _T

4、oc202145552 h 25分模塊詳述系統(tǒng)各局部的實現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc202145553 h 252.4.2 數(shù)字萬用表控制硬件整體構(gòu)造圖 PAGEREF _Toc202145554 h 302.4.3 電路的工作過程描述 PAGEREF _Toc202145555 h 303. 系統(tǒng)軟件與流程圖 PAGEREF _Toc202145556 h 323.1 電路功能模塊 PAGEREF _Toc202145557 h 323.2系統(tǒng)總流程圖 PAGEREF _Toc202145558 h 323.3物理量采集處理流程 PAGEREF _Toc202145559 h 343.4

5、電壓測量過程流程圖 PAGEREF _Toc202145560 h 343.5電流的測量過程流程圖 PAGEREF _Toc202145561 h 363.6電阻的測量過程流程圖 PAGEREF _Toc202145562 h 373.7電容測量過程流程圖 PAGEREF _Toc202145563 h 39結(jié)論 PAGEREF _Toc202145565 h 40致 PAGEREF _Toc202145566 h 41參考文獻 PAGEREF _Toc202145567 h 42-. z緒 論數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表,簡稱DMM(Digtial Multimeter)。它是采用數(shù)字化測量技術

6、，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)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(shù)字化時代的需求，采用單片的數(shù)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(gòu)成的數(shù)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(shù)字萬用表具有以下幾點特點：1顯示清晰直觀，計數(shù)準確為了提高觀察的清晰度，新型的手持式數(shù)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(shù)字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀察讀數(shù)。2顯示位數(shù)數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3位半到8位半。3準確度高準確度是測

7、量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量結(jié)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(shù)字萬用表的準確度遠優(yōu)于指針萬用表。4分辨力高數(shù)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上下。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。5測試功能強數(shù)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(shù)字萬用表大多增加了下述測試功能：讀數(shù)保持HOLD、邏輯LOGIC測試等等。6測量圍寬數(shù)字萬用表可滿足常規(guī)電子測量的需要。智能數(shù)字萬用表的測量圍更寬。7測量速率快數(shù)字萬用表

8、在每秒鐘對被測電壓的測量次數(shù)叫測量速率，單位是次/秒。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般數(shù)字萬用表的測量速率為25次/秒。有的能到達20次/秒以上，另有的一些比這個還要高得多。數(shù)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(shù)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)，能減小由信號源阻引起的測量誤差。9集成度高，微功耗新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器，整機功耗很低，3位半，4位半手持式數(shù)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(shù)字萬用表具有比擬完

9、善的保護電路，過載能力強，新型數(shù)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根底設計一個基于單片機的數(shù)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局部的構(gòu)造和測試原則。-. z1. 數(shù)字萬用表設計背景在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設計原則和總體方案及系統(tǒng)概述等。1.1數(shù)字萬用表的設計目的和意義數(shù)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根本測量，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(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提高到

10、嶄新水平。1.2 數(shù)字萬用表的設計依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設計要求：設計一個數(shù)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(shù)碼顯示。實現(xiàn)多級量程的直流電壓測量，其量程圍是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，其量程圍是2mA，20mA，200mA、2A和20A.實現(xiàn)多級量程的電阻測量，其量程圍是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(shù)字萬用表的系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準電阻、電容測試芯片電路、5

11、1單片機最小系統(tǒng)、顯示局部、報警局部、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。1.3數(shù)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計，要保正其可行性從而保證設計的正確性。2 數(shù)字萬用表總體設計方案2.1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交直流電壓，交直流電流，還有能夠測量電阻，數(shù)字萬用表的根本組成見圖2.1。-. z圖2.1數(shù)字萬用表的根本組成下面我們分別介紹各個局部的組成：1、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換與數(shù)字顯示電路常見的物理量都是幅值(大小)連續(xù)

12、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、電流進展顯示。而對數(shù)字式儀表，需要把模擬電信號(通常是電壓信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再進展顯示和處理(如存儲、傳輸、打印、運算等)。數(shù)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。假設最小量化單位(量化臺階)為，則數(shù)字信號的大小一定是的整數(shù)倍，該整數(shù)可以用二進制數(shù)碼表示。但為了能直觀地讀出信號大小的數(shù)值，需經(jīng)過數(shù)碼變換(譯碼)后由數(shù)碼管或液晶屏顯示出來。例如，設=0.1，我們把被測電壓與比擬，看是的多少倍，并把結(jié)果四舍五入取為整數(shù) (二進制)。一般情況下，1000即可滿足測量精度要求(量化誤差1/1000=0.1

13、%)。最常見的數(shù)字表頭的最大示數(shù)為1999，被稱為三位半()數(shù)字表。對上述情況，我們把小數(shù)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(jié)果為123.4()。這樣的數(shù)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(shù)字測量儀表的核心是模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、譯碼顯示電路。A/D轉(zhuǎn)換一般又可分為量化、編碼兩個步驟。2) 、多量程數(shù)字電壓表原理在基準數(shù)字電壓表頭前面加一級分壓電路(分壓器)，可以擴展直流電壓測量的量程。如圖2.2所示，為電壓表頭的量程(如200)，為其阻(如10

14、)，、為分壓電阻，為擴展后的量程。圖2.2分壓電路原理 圖2.3多量程分壓器原理由于rr2，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(shù)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，到達同樣的分壓效果。圖2.4 使用分壓電路例如：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(jù)各檔的分壓比和總電阻

15、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(shù)字萬用表出于耐壓和平安考慮，規(guī)定最高電壓量限為1000。換量程時，多刀量程轉(zhuǎn)換開關可以根據(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、多量程數(shù)字電流表原理測量電流的原理是：根據(jù)歐姆定律，用適宜的取樣電阻把待測電流轉(zhuǎn)換為相應的電壓，再進展測量。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多量程分流器電路假設數(shù)字表頭的電壓量程為，欲使電流檔量程為，則該檔的取樣電阻(也稱分流電阻)為 如=200，則=200檔的分流電阻為。多量程分流器原

16、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(shù)字表頭過載，所以，實際數(shù)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2.8 AC-DC變換器原理簡圖圖中的B*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?qū)▔航?，二極管截止，對測量毫無影響。一旦輸入電壓大于0.7，二極管立即導

17、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數(shù)字萬用表流電壓，電流測量電路是在直流電壓、電流測量電路的根底上，在分壓器或分流器之后參加了一級交流-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(diào)整輸出電壓上下的電位器，用來對交流電壓檔進展校準之用。調(diào)整該電位器可使數(shù)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、平安方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通常限定為700(有效值)。5、 電阻測量原理圖2.9電阻測量原理數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量

18、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根本相等(數(shù)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(zhuǎn)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(jù)所用A/D轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)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(shù)特性。因此，我們只要選取不同的標準電阻并適當?shù)貙π?shù)點進展定位，就能得到不同的電阻測量檔。如對200檔，取=100，小數(shù)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

19、到199.9。又如對2檔，取，小數(shù)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。其余各檔道理一樣，同學們可自行推演。數(shù)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(shù)(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圍。即只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，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(jù)電容充電原理其充電電壓與時間成一定的指數(shù)關系。根據(jù)電

20、壓和時間可以計算出電容的值。2.2 數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖如以下圖2.11所示，本萬用表由以下幾局部功能組成，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，進展下一次的測量；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展AD轉(zhuǎn)換；測量顯示就是顯示測量的數(shù)值；超限報警局部則是用作當測量量超出量程圍時發(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展控制，允許輸入或者不允許。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2.11. 總體電路設計原理圖2.3硬件電路設計方案及選

21、用芯片介紹 設計方案用單片機AT89S52與ADC0809設計一個數(shù)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(shù)碼顯示。實現(xiàn)四級量程的直流電壓測量，其量程圍是2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)四級量程的交流電壓測量，其量程圍是2v ,20v,200v和500v.實現(xiàn)四級量程的直流電流測量，其量程圍是2mA,20mA,200mA和2A.實現(xiàn)四級量程的電阻測量，其量程圍是2k ,20k,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。 芯片選擇及功能簡介1、AT89S52芯片功能特性描述AT89S52引腳框圖：圖2.12 AT89

22、S52芯片引腳圖AT89S52 主要性能：1、 與MCS-51 單片機產(chǎn)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(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l 1、掉電后中斷可喚醒l2、 看門狗定時器13、雙數(shù)據(jù)指針l 4、掉電標識符方框圖：圖2.13 AT89S52部框圖功能特性描述：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

23、技術制造，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(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)

24、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(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫1”時，引腳用作高阻抗輸入。當外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。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 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫1”時，部上拉電

25、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(shù)器2的外部計數(shù)輸P1.0/T2和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入P1.1/T2E*，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 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫1”時，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部電阻的原因，將輸出電流IIL。在外部程序存儲器或用16位地址讀取外部

26、數(shù)據(jù)存儲器例如執(zhí)行MOV* DPTR時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的部上拉發(fā)送1。在使用8位地址如MOV* RI外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的容。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 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫1”時，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

27、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。特殊存放器AU*R(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/PROG：地址鎖存控制信號ALE是外部程序存儲器時，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(diào)，在每次外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的

28、SFR的第0位置1，ALE操作將無效。這一位置1，ALE 僅在執(zhí)行MOV* 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PSEN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，而在外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP: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)行部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VP

29、P電壓。*TAL1:振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。*TAL2: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(jù)Flash 編程模式表和圖13、圖14 對地址、數(shù)據(jù)和控制信號設置。可采用以下步驟對AT89S52 編程：1在地址線上輸入編程單元地址信號2在數(shù)據(jù)線上輸入正確的數(shù)據(jù)3激活相應的控制信號4把EA/Vpp 升至12V 5每給Flash

30、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(shù)據(jù)重復第1 步到第5 步知道全部文件完畢。Data Polling AT89S52 用Data Polling 作為一個字節(jié)寫周期完畢的標志特征2、ADC0809介紹ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。1ADC0809的部邏輯構(gòu)造 圖2.14 ADC0809的部邏輯構(gòu)造上圖可知，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(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。

31、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(zhuǎn)換器進展轉(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)。2 引腳構(gòu)造 圖2.15 ADC0809引腳構(gòu)造圖IN0IN7：8條模擬量輸入通道 ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓圍是05V，假設信號太小，必須進展放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如假設模擬量變化太快，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展鎖存，經(jīng)譯碼后被選

32、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。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000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條 ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當ST上跳沿時，所有部存放器清零；下跳沿時，開場進展A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換完畢信號。當EOC為高電平時，說明轉(zhuǎn)換完畢；否則，說明正在進展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

33、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應用說明：1 ADC0809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(zhuǎn)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(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)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(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 3、TEC6122簡述1概述TEC6

34、122共陰極8*8段LED數(shù)碼管8*8點陣顯示驅(qū)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(qū)動電路、8*8 bit移位存放器電路、8*8 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interface,專供驅(qū)動8位*8段共陰極LED數(shù)碼管8*8LED點陣。2特點工作電壓：+4V+6V位掃描驅(qū)動電流80mAVDD=+5V段掃描驅(qū)動電流10mAVDD=+5V可驅(qū)動高彩色LED管可通過N個TEC6122級聯(lián)實行N*8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

35、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。表2.4 字符段碼表字形A B C D E F G DP16進制代碼無小數(shù)點16進制代碼有小數(shù)點011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H51011011

36、0B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEHEFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不顯示0000000000H01H4邏輯簡要說明圖2.16 TEC6122邏輯圖加電自清電路：片加電自清電路使8*8bit段移位存放器, 8*8Bit段數(shù)據(jù)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

37、示0。振蕩電路，位掃描驅(qū)動電路：振蕩電路是RC振蕩器,R在電路部，只需外加電容470PF到GND(地)就構(gòu)成RC振蕩器，振蕩脈沖經(jīng)分頻組合成S1S8位掃描驅(qū)動信號。S1驅(qū)動第一位(個位, , S8驅(qū)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)。8*8bit串行移位存放器：8*8bit串行移位存放器SI為數(shù)據(jù)輸入，SO為數(shù)據(jù)輸出，SCP為移位脈沖。送入串行移位存放器中的數(shù)是A，B，DP段數(shù)據(jù)，不是BCD碼數(shù)據(jù)。每次送入8bit段碼數(shù)據(jù)A、B、C、D、E、F、G、DP, DP是最低位，最先送入。A是高

38、位，最后送入。移入串行移位存放器中的段碼數(shù)據(jù)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位，上述這種約定，是用戶編程時必須遵循的。段數(shù)據(jù)鎖存器，多路選擇器，段驅(qū)動器：移入8*8 bit串行移位存放器中的段碼數(shù)據(jù)在LCP打入鎖存器脈沖作用下，鎖存到8*8 bit段數(shù)據(jù)鎖存器。數(shù)據(jù)鎖存器中的段碼經(jīng)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，制止輸出，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

39、行數(shù)據(jù)輸入。輸入數(shù)據(jù)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(shù)由微處理器計算機程序控制。SO：8*8bit串行移位存放器數(shù)據(jù)輸出。SO接下一個TEC6122電路的SI，可擴展N個TEC6122電路。LCP：把8*8 bit串行移位存放器中的數(shù)鎖存到8*8 bit段數(shù)據(jù)鎖存器打入脈沖，高電平有效。打入數(shù)據(jù)鎖存器的目的是上一個數(shù)據(jù)的顯示和下一個數(shù)據(jù)的準備移位可同時進展。同時也可防止數(shù)據(jù)移位過程中顯示數(shù)據(jù)的亂閃爍。實際使用過程中LCP連接有二種方法： A、通常的方法是把LCP直接連到TEC6122的電源VDD上因LCP=1,總選通，數(shù)據(jù)移位太慢，數(shù)據(jù)移位過程被顯示了出來，數(shù)據(jù)可能會

40、亂閃爍。B、用一個單片機端口驅(qū)動。數(shù)據(jù)移位前，LCP=0, 數(shù)據(jù)移位完成，發(fā)LCP脈沖，把串行移位存放器中的數(shù)并行打入數(shù)據(jù)鎖存器顯示。多片級連使用時，CP可做片選信號使用。數(shù)據(jù)移位前，LCP=0, 數(shù)據(jù)移位完成，發(fā)LCP脈沖，把串行移位存放器中的數(shù)并行打入數(shù)據(jù)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(qū)動信號，S1是第一位十進制個位，S2是第二位十進制十位， S

41、8是第8位十進制千萬位。OSC：振蕩電路輸入端。微處理器產(chǎn)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(shù)據(jù)移入8*8 bit串行移位存放器，然后打入8*8 bit數(shù)據(jù)鎖存器，后面就由S1S8控制顯示。振蕩電路是一個RC振蕩器。R做在電路部，OSC外接電容約470PF到GND地構(gòu)成RC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(shù)字萬用表的硬件設計分模塊詳述系統(tǒng)各局部的實現(xiàn)方法一、電源局部 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不方便和電壓電

42、流衰減等的缺點，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，電壓衰減影響比擬小，輸出穩(wěn)定，電路如以下圖。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，則電阻承當?shù)碾妷簽?.5V，由此得 R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200歐姆二、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(jīng)過表筆流經(jīng)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。三、分流電阻圖2.19 分流電阻電路如上圖，使用有一定規(guī)律的R8R1

43、2電阻組合構(gòu)成精細的電阻分流器，能夠?qū)崿F(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(jīng)過計算得到實際的電流值。四、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(gòu)成精細的電阻分壓器，能夠?qū)崿F(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(jīng)過計算得到實際的電壓值。五、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(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具有非常準確的精度，而且耗電很小，上圖示中所配置的一組電阻就叫基準電阻，就是通過切

44、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測進展比例讀數(shù)，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(zhuǎn)換送AT89C52控制點亮LED屏幕上的小數(shù)點，就可以直接讀出被測電阻的阻值來了。在產(chǎn)品數(shù)字萬用表中，為了節(jié)省本錢和簡化電路，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。六、交直流處理電路圖2.22 交直流處理電路通過該電路到達控制交直流的目的，并且通過調(diào)節(jié)可變電阻又可以有效地減少電壓的損耗。七、ADC局部圖2.23 ADC0809轉(zhuǎn)換電路由于ADC0809的參考電

45、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)八、報警局部圖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。九、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(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A

46、DC0809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。十、顯示電路圖2.26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)響應時間最快，顯示精度更高。采用4合1數(shù)碼管，減少PCB外表走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。十一、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。十二、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，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適宜的量程。數(shù)字萬用表控制硬件整體構(gòu)造圖電路原理圖見附錄一 電路的工作過

47、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(jù)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(shù)據(jù)。AT89s52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)換成單片機能識別的量之后由所給程序控制輸出，再送到顯示芯片顯示。顯示芯片根據(jù)顯示程序顯示容。本設計的原來要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，所以上面圖中數(shù)碼管TYP2不接上也是滿足

48、設計要求的，接上去只是滿足芯片的8位驅(qū)動。-. z3. 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，軟件構(gòu)造，軟件設計等。3.1 電路功能模塊由總體設計框圖3.1，本萬用表由以下幾局部功能模塊組成，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(zhuǎn)換、和顯示，延時子程序在整個程序中屢次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測量都會需要用到的，當進展測量時，ADC0809將被測量轉(zhuǎn)換為2進制數(shù)發(fā)給單片機然后單片機根據(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。復位電路震蕩電路AD

49、C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)總流程圖開場系統(tǒng)初始化LED初始化P3.1=1.使能A/D轉(zhuǎn)換單片機接收數(shù)據(jù)P3.2=1.轉(zhuǎn)換結(jié)果送LED顯示超限否.完畢報警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3.6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-. z結(jié) 論數(shù)字式萬用表部采用了多種振蕩，放大，分頻，保護等電路所以功能較多，比方可以測量溫度，頻率(在一個

50、較低的圍)，電容,電感.或做信號發(fā)生器等等。由于部構(gòu)造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(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)字萬用表的測量圍很大，廣泛應用于工業(yè)領域。本電路的設計剛比擬簡單，不過也有它的優(yōu)點：高精度、低功耗、量程寬、可擴展性強等。設計結(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、基準電阻、51單片機最小系統(tǒng)、顯示局部、報警局部、AD轉(zhuǎn)換和控制局部組成。2、數(shù)字萬用表屬于一種測量工

51、具，其本身的好壞直接影響到測量結(jié)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、單片機局部跟AD轉(zhuǎn)換局部是整個設計的核心，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)；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。4、在本次軟件設計過程中，采用的是匯編語言。5、對于硬件的制作，由于布線麻煩，零件買不到，還有本錢太高等原因，做起來復雜，捍接也很難，以致未能做出實物。-. z致 經(jīng)過幾個月的努力，畢業(yè)設計根本完成了。

52、在畢業(yè)設計的實踐中，學到很多有用的知識，也積累了珍貴的經(jīng)歷。在此要特別感教師，在做設計期間得到教師的精心指導，他對我們要求非常嚴格。畢業(yè)設計的順利完成離不開教師的幫助的。同時感身邊的同學，他們?yōu)槲姨峁┝撕芏嗾滟F的資料。本次畢業(yè)設計自始至是在他們的指導和幫助下完成的,在此再一次向他們致以深深的敬意和感!同時由于自己本身對一些知識的掌握不是很深刻，設計難免會出現(xiàn)一些漏洞，雖然設計做的不是很完美，但是畢竟這是自己認認真真做出來的。希望各位教師給予指正。同時感母校對我四年來的教育和關心，在這里我不僅學到了專業(yè)知識，還學到了很多做人的道理。使我明確了以后的方向，樹立了良好的價值觀，在這里學到的一切都使我終身受益。再次衷心感所有關心和幫助過我的教師和同學，你們! -. z參考文獻1.丁元杰 單片微機原理及應用 機械工業(yè) 2005年7月2 偉 王力 protel2004入門與提高 人民郵電 2005年11月3. 常健生 檢測與轉(zhuǎn)換技術 機械工業(yè) 2000年2月4. 閻石 數(shù)字電子技術根底 高等教育 1998年12月5. 童詩白 模擬電子技術根底 高等教育 2001年6. 伯成 微型計算機原理與接口技術 清華大學 2005年1月7. 昌喜 智能儀表原理與設計 化學工業(yè)