基于單片機AT89c51的數(shù)字萬用表設計說明

./基于單片機AT89c51的數(shù)字萬用表設計摘要:本次設計用單片機芯片AT89c51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(shù)據(jù)轉換芯片,單片機系統(tǒng)設計采用AT89S51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(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。本文全面、深入、系統(tǒng)地介紹了43/4位智能數(shù)字萬用表的系統(tǒng)設計與研究。設計中采用了美國MAXIM公司生產的專配萬用表芯片MAX134,以及Intel公司生產的MCS8051單片機。整個系統(tǒng)結構由MAX134外加一些外圍元件構成,然后再與單片機8051相連,驅動LED數(shù)碼顯示。文章主要介紹了MAX134的性能特點、部結構、數(shù)字接口、輸入輸出數(shù)據(jù)及一些功能和原理。整個設計包括硬件電路設計及軟件設計。硬件電路設計包括處理器、外部設備元件的選擇及電路設計,而軟件設計則主要是實現(xiàn)儀表的各功能的控制。關鍵詞數(shù)字萬用表AT89S51單片機AD轉換與控制.AbstractThisdesignisdesignadigitaluniversalmeterwithchipAT89s51ofone-chipcomputer,canmeasureandhandin,directcurrentpressingvalue,directcurrentflow,thedirectcurrentishindered,fournumbersshow.Thissystemisshuntedresistance,resistanceofpartialpressure,basicresistance,minimumsystemof51one-chipcomputers,shownthatsome,warningpart,ADchangeandcontrolmakinguppartly.Inordertomakethesystemmoresteady,makethewholeprecisionofthesystembeensured,thiscircuithasusedAD0809datatochangethechip,theone-chipcomputersystemisdesignedtoadoptAT89S51one-chipcomputerasthetopmanagementchip,theelectricityisrestoredtothethronethecircuitand11.0592MHZandshakenthecircuittomatchonRC,showthatthechipusesTEC6122,urge8numberstobeinchargeofshowing.Theeveryexecutioncycleconsumingtimeofprocedurecontractstogetshortest,inthiswaythereal-timecharacterofthesecuritysystem.Inordertomakethesystemmoresteady,makethewholeprecisionofthesystembeensured,thiscircuithasusedAD0809datatochangethechip,theone-chipcomputersystemisdesignedtoadoptAT89S51one-chipcomputerasthetopmanagementchip,theelectricityisrestoredtothethronethecircuitand11.0592MHZandshakenthecircuittomatchonRC,showthatthechipusesTEC6122,urge8numberstobeinchargeofshowing.Keyword:DigitaluniversalmeterAT89S51one-chipcomputerADchangesandcontrols.目錄TOC\o"1-3"\u摘要iAbstract ii1.緒論41.1數(shù)字萬用表的主要特點41.2數(shù)字萬用表設計背景61.2.1數(shù)字萬用表的設計目的和意義61.2.2數(shù)字萬用表的設計依據(jù)61.2.3數(shù)字萬用表的設計目的和意義61.3萬用表發(fā)展趨勢72.數(shù)字萬用表總體設計方案82.1數(shù)字萬用表的基本原理82.2數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設計總體框架圖153.選用芯片介紹及硬件電路設計方案163.1芯片選擇及功能簡介163.1.1AT89c51芯片功能特性描述163.1.2ADC0809介紹193.1.2TEC6122簡述213.2設計方案及數(shù)字萬用表的硬件設計243.2.1設計方案243.2.2數(shù)字萬用表的硬件設計2分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法2數(shù)字萬用表控制硬件整體結構圖3電路的工作過程描述324.系統(tǒng)軟件與流程圖334.1電路功能模塊334.2系統(tǒng)總流程圖334.3物理量采集處理流程354.4電壓測量過程流程圖364.5電流的測量過程流程圖374.6電阻的測量過程流程圖384.7電容測量過程流程圖39結論40致41參考文獻42附錄43.1緒論隨著微電子技術的高速發(fā)展,單片機的功能集成化,智能儀器也發(fā)展到了一個新的階段?，F(xiàn)在,單片機外圍電路正朝著單片集成化、數(shù)字化、智能化、網絡化、多功能、微功耗、高可靠性的方向發(fā)展。單片機與單片系統(tǒng)、智能傳感器、網絡通信等高新技術的融合,必將成為21世紀新的經濟增長點。計算機技術及微電子器件在測量技術中的廣泛應用,使智能儀器在測量的準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運用功能方面或在解決測量技術問題的深度及廣度方面有了巨大的發(fā)展。本設計是基于MAXIM公司生產的數(shù)字萬用表?？匦酒琈AX134設計的智能43/4位數(shù)字萬用表。數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表〔DMM,其主要特點是顯示直觀、讀數(shù)準確、準確度高、分辨力強、功能完善、性能穩(wěn)定、過載能力強、耗電省、體積小、易于攜帶。近年來,數(shù)字萬用表迅速發(fā)展,無論是便攜式,還是臺式萬用表在精度、功能和性能上都有較大的提高?，F(xiàn)在33/4位便攜式數(shù)字萬用表和41/2位便攜式數(shù)字萬用表已經成為主流；臺式萬用表的發(fā)展速度更快,已經有幾家公司推出單片集成方案,使臺式萬用表的性能更高、功能更強,價格更加合理。近年來,我國對智能儀器的研究,無論在生產、科研等方面都取得了很大的進展,但是由于我國發(fā)展起步晚,我國現(xiàn)在所用的測量工具都基本上是31/2位的數(shù)字表,它的準確度都不是很高,而我們這次設計的43/4位數(shù)字萬用表在精確度上提高了一個檔次,性能更優(yōu)越。本設計采用美國MAXIM公司生產的MAX134為核心芯片,配上INTEL公司推出的8位微處理機MCS8051,控制鍵盤的輸入和數(shù)碼管的輸出,實現(xiàn)電阻/交流電壓/直流電壓/交－直流電流等的測量,測電壓或電阻時還可自動轉換量程。傳統(tǒng)的模擬式萬用表已有很久的發(fā)展歷史,雖然不斷改進與完善,仍無法滿足現(xiàn)代電子測量的需要。數(shù)字萬用表自從問世以來,顯示出了強大的生命力,現(xiàn)已成為在電子測量領域中應用最廣泛的一種儀表?，F(xiàn)在讓我們來探討一下新型智能43/4位數(shù)字萬用表。1.1數(shù)字萬用表的主要特點數(shù)字電壓表簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術,把連續(xù)的模擬量轉換成不連續(xù)的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。智能化數(shù)字萬用表則是大規(guī)模集成電路<LSI>、數(shù)顯技術、計算機技術及自動測試技術<ATE>的結晶。通過對DVM的擴展,即可形成數(shù)字多用表DMM<DigitalMultimeter>。因此,數(shù)字萬用表的功能是電壓表上的擴展。數(shù)字萬用表主要有一下特點：1

顯示清晰,直觀,讀數(shù)準確傳統(tǒng)的模擬式萬用表必須借助于指針和刻度來進行讀數(shù),在讀數(shù)過程中不可避免地會引入認為的測量誤差<例如視差>,并且還容易造成視覺疲勞。數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)顯技術,使顯示結果一目了然,只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象,測量結果就是唯一的。不僅保證了讀數(shù)的客觀性與準確性,還符合人們的讀數(shù)習慣,能夠縮短讀數(shù)和記錄的時間。新型數(shù)字萬用表在數(shù)顯的基礎上增加了顯示各種標志符的功能,便于讀數(shù),又對操作人員給予明顯提示。2

顯示位數(shù)顯示位數(shù)通常為21/2位~81/2位.具體講,有21/2位、3位、31/2位、32/3位、33/4位、4位、41/2位、43/4位、5位、51/2位、6位、61/2位、71/2位、81/2位共14種。國外最近還推出了83/4位和101/2位數(shù)字儀表。定數(shù)字儀表的位數(shù)有兩條原則：①能顯示從0~9所有數(shù)字的位是整數(shù)位；②分數(shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字位分子,用滿量程時最高位數(shù)字為分母.例如,某數(shù)字儀表的最大顯示值為±19999,滿量程計數(shù)值為20000,這表明該儀表有4個整數(shù)位,而分數(shù)位的分子為1,分母為2,故為41/2位,讀作四位半,其最高位只能顯示0或1。3準確度高字電壓表的準確度是測量中系統(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,也反映測量誤差的大小。一般講準確度愈高,測量誤差愈小,反之亦然。準確度的公式有三種表述方式：準確度＝±〔a%RDG+b%FS

①準確度＝±〔a％RDG+n個字

②準確度＝±〔a%RDG+b％FS+n個字

③式①中,RDG為讀數(shù)值〔即顯示值,FS表示滿度值。括號中前一項代表A/D轉換器和功能轉換器的綜合誤差,后一項是由于數(shù)字化處理而帶來的誤差。②式中,n是量化誤差,反映在末位數(shù)字上的變化量。若把n個字的誤差折合成滿量程的百分數(shù),即變成式①,③式比較特殊,應用面較窄。43/4位萬用表將使用②式來表示準確度。4分辨力高數(shù)字萬用表在最低電壓量程末位1個字所對應的電壓值,稱作儀表的分辨力。它反映出儀表靈敏度的高低。43/4位的DVM的最高分辨力為10μV。5測量圍寬、擴展能力強6測量速度快、輸入阻抗高數(shù)字萬用表在每秒鐘對被測電壓的測量次數(shù)叫測量速率。單位為"次/s",主要取決于A/D轉換器的轉換速率。43/4位DVM的測量速率一般在10次/s。字電壓表具有很高的阻抗,通常為10MΩ～10000MΩ。7集成度高,微功耗8抗干擾能力強1.2數(shù)字萬用表設計背景在本節(jié)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。1.2.1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(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嶄新水平。1.2.2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、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。1.2.3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計,要保正其可行性從而保證設計的正確性。1.3萬用表發(fā)展趨勢90年代以來,數(shù)字萬用表正處于蓬勃發(fā)展的新時期,突出表現(xiàn)在新技術不斷涌現(xiàn),新工藝被廣泛采用,新產品層出不窮。1

廣泛采用新技術,不斷開發(fā)新產品電子技術的進步,往往預示著數(shù)字萬用表研制水平的新突破,近年來,各項新技術愈來愈普遍采用,并且迅速轉化為生產力。2

廣泛采用新工藝新一代的數(shù)字萬用表正朝著標準模塊化的方向發(fā)展。電子模塊又稱為電子功能組件,簡稱模塊。它是采用微電子技術和微型電子元器件,按插件組裝成一體,能完成某一種特定的功能的商品化部件?，F(xiàn)在,數(shù)字萬用表的單元電路已基本上被標準化,通用化,系統(tǒng)化的模塊取代。3

單片大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的采用1帶微處理器的單片51/2位A/D轉換器2專配微處理器的43/4位DMM集成電路3ASIC產品的應用

AX133/134是美國最大集成電路公司最新研制的專配微處理器的DMM芯片。它們配上4位或8位或16位微處理器,即可構成具有高性價比的43/4位或33/4位智能數(shù)字萬用表。4

計算機模塊化儀器與虛擬儀器的發(fā)展5

安全性能的提高.2數(shù)字萬用表總體設計方案2.1數(shù)字萬用表的基本原理數(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,還有能夠測量電阻,數(shù)字萬用表的基本組成見圖2-1。數(shù)字顯示屏〔LED或液晶過壓過流保護數(shù)字顯示屏〔LED或液晶過壓過流保護小數(shù)點驅動〔配合被測量與量程基準電壓模數(shù)轉換,譯碼驅動過壓過流保護分檔電阻〔量程轉換分壓器〔量程轉換分流器〔量程轉換交流直流變換器〔放大,整流,濾波被測量輸入電壓電阻電流直流交流VINVREF圖2-1數(shù)字萬用表的基本組成下面我們分別介紹各個部分的組成：1模數(shù)<A/D>轉換與數(shù)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(shù)字式儀表,需要把模擬電信號<通常是電壓信號>轉換成數(shù)字信號,再進行顯示和處理<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"。若最小量化單位<量化臺階>為Δ,則數(shù)字信號的大小一定是Δ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Δ=0.1mV,我們把被測電壓U與Δ比較,看U是Δ的多少倍,并把結果四舍五入取為整數(shù)N<二進制>。一般情況下,N≥1000即可滿足測量精度要求<量化誤差≤1/1000=0.1%>。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U的大小。如：U是Δ<0.1mV>的1234倍,即N=1234,顯示結果為123.4<mV>。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-199.9～199.9mV的電壓,顯示精度為0.1mV。由上可見,數(shù)字測量儀表的核心是模數(shù)<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(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,U0為電壓表頭的量程<如200mV>,r為其阻<如10MΩ>,r1.、r2為分壓電阻,U10為擴展后的量程。IN+IN-數(shù)字電壓表頭IN+IN-數(shù)字電壓表頭0～Ui0r1r2r0～U010M1M99K9K2000V200V20V2V數(shù)字電壓表頭200mA1KUi圖2-2分壓電路原理圖2-3多量程分壓器原理由于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2000V、200V、20V、2V和200mV。采用圖2-3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,達到同樣的分壓效果。例如：其中200例如：其中200V檔的分壓UiR19MR2900KR390KR49KR51K2000V2V20V200V動片2數(shù)字電壓表頭IN+IN-200mV200mV圖2-4使用分壓電路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來確定各分壓電阻的。如先確定再計算2000V檔的電阻=0.0001=1K再逐檔計算、、、。盡管上述最高量程檔的理論量程是2000V,但通常的數(shù)字萬用表出于耐壓和安全考慮,規(guī)定最高電壓量限為1000V。換量程時,多刀量程轉換開關可以根據(jù)檔位自動調整小數(shù)點的顯示,使用者可方便地直讀出測量結果。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r?R,取樣電阻R上的電壓降為即被測電流數(shù)字電壓表頭數(shù)字電壓表頭數(shù)字電壓表頭數(shù)字電壓表頭IiUiIN+IN-rR1K1001010.1200uA2mA20mA200mA2AIiUiIN+IN-圖2-5電流測量原理圖2-6多量程分流器電路若數(shù)字表頭的電壓量程為U0,欲使電流檔量程為I0,則該檔的取樣電阻<也稱分流電阻>為如=200mV,則=200mA檔的分流電阻為R=1Ω。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(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、、。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,二極管截止,對測量毫無影響。一旦輸入電壓大于0.7V,二極管立即導通,兩端電壓被限制住<小于0.7V>,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(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、安全方面的考慮,交流電壓最高檔的量限通常限定為700V<有效值>。5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R0和被測電阻RX的電流基本相等<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轉換器的參考電壓和輸入電壓有如下關系：即根據(jù)所用A/D轉換器的特性可知,數(shù)字表顯示的是UIN與UREF的比值,當UIN=UREF時顯示"1000",UIN=0.5UREF時顯示"500",以此類推。所以,當RX=R0時表頭將顯示"1000",當RX=0.5R0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)點進行定位,就能得到不同的電阻測量檔。如對200Ω檔,取R01=100,小數(shù)點定在十位上。當RX=100Ω時,表頭就會顯示出100.0Ω。當RX變化時,顯示值相應變化,可以從0.1Ω測到199.9Ω。又如對2kΩ檔,取R02=1KΩ,小數(shù)點在千位上。當RX變化時,顯示值相應變化,可以從0.001KΩ測到1.999KΩ。其余各檔道理相同,同學們可自行推演。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖2-10。由上分析可知,R1=R01=100ΩR2=R02-R01=1000-100=900BΩR3=R03-R02=10K-1K=9K﹍﹍﹍﹍圖2-10中由正溫度系數(shù)<PTC>熱敏電阻R1與晶體管T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圍。即T只是處于軟擊穿狀態(tài),不會損壞,一旦解除誤操作,R1和T都能恢復正常。IiIiBXD1D2動片2200uA2mA20mA200mA0.9200mA0.1900909R1R2R3R4R5UiIN+IN-數(shù)字電壓表頭圖2-7實用分流器電路ZDZDR0R5VREF+VREF-IN+IN-UREFUINA／D轉換及數(shù)字表頭直流電壓輸出交流電壓校準你交流電壓輸入圖2-8AC-DC變換器原理簡圖2-9電阻測量66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)電壓和時間可以計算出電容的值。RRtA／D轉換及數(shù)字表頭RSPTCT100200ΩΩ9002KΩ9K20KΩ90K200KΩ900K2MΩΩ+VVREF+VREF-IN+IN-動片2R5R4R3R2R1圖2-10電阻測量2.2數(shù)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(shù)值；超限報警部分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行控制,允許輸入或者不允許。復位電路復位電路震蕩電路ADC輸入89c51被測量顯示超限報警ADC使能控制圖2-11.總體電路設計原理圖.3選用芯片介紹及硬件電路設計方案3.1芯片選擇及功能簡介3.1.1AT89c51芯片功能特性描述AT89c51引腳框圖：P1.0

140VccP1.1

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RST/Vpd9

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RXDP3.0

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31-EA/Vpp〔1/外0程序選擇TXDP3.1

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30ALE/-P〔地址鎖存輸出-INT0P3.2

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29-PSEN

〔外部程序讀選通輸出-INT1P3.3

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-WRP3.6

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P2.4

-RDP3.7

17

24

P2.3

X2

18

23P2.2

X1

19

22P2.1

GND

20

21P2.0

圖3-1AT89c51芯片引腳圖1主要特性：·8031CPU與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲器<壽命：1000寫/擦循環(huán)>·全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz·三級程序存儲器鎖定·128*8位部RAM·32條可編程I/O線·兩個16位定時器/計數(shù)器·6個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片振蕩器和時鐘電路2管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。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P1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)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個部提供上拉電阻的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,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫"1"時,其管腳被部上拉電阻拉高,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。這是由于部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時,它利用部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入"1"后,它們被部上拉為高電平,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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD〔串行輸入口P3.1TXD〔串行輸出口P3.2/INT0〔外部中斷0P3.3/INT1〔外部中斷1P3.4T0〔記時器0外部輸入P3.5T1〔記時器1外部輸入P3.6/WR〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7/RD〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時,要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時,則在此期間外部程序存儲器〔0000H-FFFFH,不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時,/EA將部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時,此間部程序存儲器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源〔VPP。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片振蕩器。石晶振蕩和瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件,XTAL2應不接。有余輸入至部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫"1"且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前,該操作必須被執(zhí)行。此外,AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的容并且凍結振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復位為止。3.1.2ADC0809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。1ADC0809的部邏輯結構下圖可知,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(shù)字量,當OE端為高電平時,才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。m0m0m1m0m2m3m4m5m6m7地址鎖存與譯碼器CALECLXOE8路模擬量開關AB8路A/D轉換器三態(tài)輸出鎖存器STVREF+VREF-EOCD0D1D2D3D4D5D6D7圖3-2ADC0809的部邏輯結構2引腳結構IN0－IN7：8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0－5V,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IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表3-1地址輸入線的通道選擇CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3-1數(shù)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(shù)據(jù)。OE＝1,輸出轉換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0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：〔1ADC0809部帶有輸出鎖存器,可以與AT89S51單片機直接相連?！?初始化時,使ST和OE信號全為低電平?！?送要轉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?！?是否轉換完畢,我們根據(jù)EOC信號來判斷?！?當EOC變?yōu)楦唠娖綍r,這時給OE為高電平,轉換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。3.1.3TEC6122簡述1概述TEC6122共陰極8X8段LED數(shù)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、8X8bit移位寄存器電路、8X8bit數(shù)據(jù)鎖存器電路、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(shù)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。要顯示的段碼A,B,……,DP是由S1∽S8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。字型ABCDEFGDP16進制代碼〔無小數(shù)點16進制代碼〔有小數(shù)點011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H510110110B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEHEFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不顯示0000000000H01H表3-2字符段碼表4邏輯簡要說明加電自清電路：片加電自清電路使8X8bit段移位寄存器,8X8Bit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在電路部,只需外加電容470PF到GND<地>就構成RC振蕩器,振蕩脈沖經分頻組合成―S1∽―S8位掃描驅動信號。―S1驅動第一位<個位,……,―S8驅動第八位〔千萬位。―S1∽―S8是開路輸出,LED是這它的負載。―S1∽―S8輸出受OEN控制,OEN=1,允許輸出,OEN=0,―S1∽―S8輸出為高阻狀態(tài)〔三態(tài)。圖3-3TEC6122邏輯圖8X8bit串行移位寄存器：8X8bit串行移位寄存器SI為數(shù)據(jù)輸入,SO為數(shù)據(jù)輸出,SCP為移位脈沖。送入串行移位寄存器中的數(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是位,最后送入。移入串行移位寄存器中的段碼數(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,段驅動器：移入8X8bit串行移位寄存器中的段碼數(shù)據(jù)在LCP打入鎖存器脈沖作用下,鎖存到8X8bit段數(shù)據(jù)鎖存器。數(shù)據(jù)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,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,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(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：8X8bit串行移位寄存器數(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8X8bit串行移位寄存器中的數(shù)鎖存到8X8bit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〔移位可同時進行。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、通常的辦法是把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)可能會亂閃爍﹚。B、用一個單片機端口驅動。數(shù)據(jù)移位前,LCP=0,數(shù)據(jù)移位完成,發(fā)LCP脈沖,把串行移位寄存器中的數(shù)并行打入數(shù)據(jù)鎖存器顯示。多片級連使用時,ＬCP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,把串行移位寄存器中的數(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。―S1―S8：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。微處理器產生的移位脈沖與顯示掃描信號―S1∽―S8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8X8bit串行移位寄存器,然后打入8X8bit數(shù)據(jù)鎖存器,后面就由―S1∽―S8控制顯示。振蕩電路是一個R·C振蕩器。R做在電路部,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―S1∽―S8頻率為1KHz~2KHz。3.2設計方案及數(shù)字萬用表的硬件設計3.2.1設計方案用單片機AT89c51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。3.2.2數(shù)字萬用表的硬件設計分模塊詳述系統(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12V500MA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3-4電源電路在圖3-4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歐姆二輸入端圖3-5萬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。三分流電阻圖3-6分流電阻電路如上圖,使用有一定規(guī)律的R8~R12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。四分壓電阻圖3-7分壓電阻電路如上圖,使用有一定規(guī)律的R2~R6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0~500V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。五基準電阻圖3-8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(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。在產品數(shù)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。六交直流處理電路圖3-9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。七ADC部分由于ADC0809的參考電壓VREF＝VCC,所以轉換之后的數(shù)據(jù)要經過數(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>圖3-10ADC0809轉換電路八報警部分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。圖3-11報警電路九單片機最小系統(tǒng)圖3-12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。十顯示電路圖3-13顯示電路采用SPI總線LED驅動器TEC6122驅動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表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。十一量程選擇控制電路通過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。圖3-14物理量量程選擇電路十二開關電路圖3-15開關電路如上圖,類似于常用的萬用表開關,可以根據(jù)需要手動轉換測量量的量程,根據(jù)所需要測量的量選擇合適的量程。數(shù)字萬用表控制硬件整體結構圖電路原理圖〔見附錄一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(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不接上也是滿足設計要求的,接上去只是滿足芯片的8位驅動。.4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。4.1電路功能模塊由總體設計框圖4-1,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(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的驅動程序。復位電路復位電路震蕩電路ADC輸入89c51被測量顯示超限報警ADC使能控制圖4-1功能模塊設計框圖4.2系統(tǒng)總流程圖系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化LED初始化P3.1=1？使能A/D轉換單片機接收數(shù)據(jù)P3.2=1？轉換結果送LED顯示超限否？報警YNYNYN開始結束返回圖4-2系統(tǒng)總流程圖4.3物理量采集處理流程圖4-3物理量采集處理流程4.4電壓測量過程流程圖圖4-4電壓測量流程圖4.5電流的測量過程流程圖：圖4-5電流測量流程圖4.6電阻的測量過程流程圖圖4-6電阻測量流程圖4.7電容測量過程流程圖圖4-7電容測量流程圖.結論數(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,比如可以測量溫度,頻率<在一個較低的圍>,電容,電感.或做信號發(fā)生器等等。由于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(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。本電路的設計剛比較簡單,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)、顯示部分、報警部分、AD轉換和控制部分組成。〔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?！?、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VREF＝VCC,所以轉換之后的數(shù)據(jù)要經過數(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?！?、在本次軟件設計過程中,采用的是匯編語言?！?、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,做起來復雜,捍接也很難,以致未能做出實物。.致經過幾個月的努力,畢業(yè)設計基本完成了。在畢業(yè)設計的實踐中,學到很多有用的知識,也積累了寶貴的經驗。在此要特別感老師,在做設計期間得到老師的精心指導,他對我們要求非常嚴格。畢業(yè)設計的順利完成離不開老師的幫助的。同時感身邊的同學,他們?yōu)槲姨峁┝撕芏鄬氋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。希望各位老師給予指正。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老師和同學,你們!.參考文獻1丁元杰單片微機原理及應用機械工業(yè)20XX7月2偉王力protel2004入門與提高人民郵電20XX11月3常健生檢測與轉換技術機械工業(yè)20XX2月4閻石數(shù)字電子技術基礎高等教育1998年12月5童詩白模擬電子技術基礎高等教育20XX6伯成微型計算機原理與接口技術清華大學20XX1月7昌喜智能儀表原理與設計化學工業(yè)20XX2月8肖洪兵.跟我學用單片機.：航空航天大學,2002.89何立民.單片機高級教程．第1版．：航空航天大學,2001

11廣第．單片機基礎．第1版．：航空航天大學,1999

12徐惠民、安德寧．單片微型計算機原理接口與應用．第1版．：郵電大學,1996

13何立民．從cygnal80c51f看8位單片機發(fā)展之路．單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,20XX,第5期：p5~814LukeWelling,<2002>DelphiandMySQLWebDevelopment,ThirdEdition15RobertoCristi,<2003>ModernDigitalSignalProcessing16AhoAV,HopcroftJE,UllmanJD.DataStructuresandAlgorithms.Addison-WeslePublishingCompany,inc.,1986.附錄1硬件設計整體結構圖.附錄2：科技文獻我國儀器儀表與測量控制科技的發(fā)展儀器儀表與測量控制在當今社會的重要地位和作用；我國儀器儀表與測量控制的基本概況；儀器儀表與測量控制發(fā)展的趨勢和特點,以及我國儀器儀表與測量控制近年來的重大進展。一地位作用眾所周知,當今世界已經進入信息時代,信息技術成為推動科學技術高速發(fā)展的關鍵技術。著名科學家錢學森明確指出,"信息技術包括測量技術、計算機技術和通信技術。測量技術是基礎。"王大珩院士也一再強調,"測量技術是信息技術的源頭。"信息技術的快速發(fā)展,產生了新興的龐大的信息產業(yè),信息產業(yè)已經成為帶動世界經濟發(fā)展的龍頭產業(yè)。美國商業(yè)部1999年度報告在關于新興數(shù)字經濟部分提出,信息產業(yè)包括計算機軟硬件行業(yè)、通信設備制造及服務行業(yè)、儀器儀表行業(yè)。這就是說,測量技術是信息技術的基礎和源頭,儀器儀表行業(yè)是信息產業(yè)的重要組成部分。不言而喻,儀器儀表與測量控制在當今信息時代推動科學技術和國民經濟的發(fā)展具有何等重要的地位。那么,儀器儀表與測量控制對推動科技、經濟和社會的發(fā)展重要作用究竟是什么？20XX中國儀器儀表學會接受國家計委、國家經貿委和科技部的委托,組織了一個專家調研組對全國儀器儀表行業(yè)開展了一次為期3個月的調查研究。非常難得的是,王大珩、嘉墀、金國藩3位院士親自參加了調研活動,并在調研結束后主持調研組向兩委一部提出了一份"關于振興我國儀器儀表產業(yè)對策與建議"的研究報告。這份報告對儀器儀表在當今社會的重要作用提出了明確而形象的說明,那就是我們都非常熟悉的：儀器儀表是工業(yè)生產的"倍增器",科學研究的"先行官",軍事上的"戰(zhàn)斗力",以及現(xiàn)代社會活動的"物化法官"。這個說明的涵和份量不需要再作任何解釋,大家都一清二楚。令人鼓舞的是,儀器儀表與測量控制"倍增器"、"先行官"、"戰(zhàn)斗力"和"物化法官"的重要作用已經為社會各界,包括政府部門所共識,成為加快發(fā)展儀器儀表科技和產業(yè)的科學依據(jù),并在文件、報告和講話中廣為引用。由于儀器儀表與測量控制的重要地位和作用受到了社會的高度重視,近些年來國家采取了一系列重大措施加快發(fā)展。值得特別提出的舉措有：20XX3月舉行的七屆四次全國人大會議上提出"國家經濟與社會發(fā)展第十個五年計劃綱要"中明確提出"把發(fā)展儀器儀表放到重要位置"。國家發(fā)展綱要提到儀器儀表,而且放到重要位置,是建國以來的第一次。緊接著,國家計委、經貿委、科技部等許多部委都列了若干專項,動用了大筆資金支持儀器儀表的發(fā)展。20XX,國家發(fā)改委正式下達了"加快振興裝備制造業(yè)的若干意見",提出了在各個行業(yè)中選出16項重點發(fā)展領域立專項支持發(fā)展,其中第11項就是重大工程自動化控制系統(tǒng)和精密測試儀器。20XX制定"國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃綱要",涉及到了多項儀器儀表與測量控制發(fā)展項目。20XX4月,科技部、發(fā)改委、教育部和中國科協(xié)聯(lián)合發(fā)出了"關于加強創(chuàng)新方法工作的若干意見",正式啟動創(chuàng)新方法工作在全國開展。這份文件中,明確提出創(chuàng)新方法包括創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新工具三個要素,創(chuàng)新工具主要就是指推動科技創(chuàng)新的科學儀器。科學儀器的重要作用被進一步提升,開發(fā)研究得到更有力的支持。此外,在863計劃,特別是航天計劃等國家科技發(fā)展計劃中,支持儀器儀表與測量控制的發(fā)展也被放到了重要位置。就是在這樣一個十分有利的形勢下,近些年來我國儀器儀表與測量控制得到了迅速的發(fā)展。二基本概況談到儀器儀表與測量控制的基本概況,應當包括兩個方面,那就是學科和產業(yè)。儀器儀表究竟是不是一門獨立的學科？過去一直存有爭議。今天,我們可以毫不猶豫地回答,儀器儀表與測量控制已經發(fā)展形成一門獨立完整的學科。之所以得出這樣的定論,我們有四條充分的理由。第一,儀器儀表與測量控制學科具備了自己特有的一整套基礎理論和技術,其中主要包括傳感器理論和技術,檢測計量理論和技術,信號處理理論和技術,誤差分析理論和技術,自動控制理論和技術等。在這些基礎理論和技術的研究開發(fā)中,擁有一批杰出的科學家和優(yōu)秀的中青年科技創(chuàng)新人才,他們的研究開發(fā)成果對促進學科發(fā)展作出了重要的貢獻；第二,綜觀科學技術發(fā)展史,當一門新興學科形成和不斷發(fā)展時,教育體系,特別是高等教育就會應運而生出現(xiàn)新的學科教育,培養(yǎng)新的學科人才。我國教育部多年來已經圍繞著儀器儀表與測量控制學科設立了一級學科教育體系,現(xiàn)在定名為"儀器科學與技術"學科,全國近250所高校設置了相應的專業(yè),3萬多名本科生和1萬多名研究生在校學習。我國高校為"儀器科學與技術"學科制定了專業(yè)培養(yǎng)目標和規(guī),已經為儀器儀表與測量控制領域培養(yǎng)了幾十萬學科技術人才；第三,儀器儀表與測量控制學科是一門工程應用學科,與之相適應的產業(yè)的形成和發(fā)展是學科發(fā)展的物質基礎和技術支撐。我國儀器儀表產業(yè)已經具備相當規(guī)模,這在下面還會詳細談到,因此,儀器儀表與測量控制學科不是在象牙塔,而有著強大的生命力和發(fā)展空間；第四,儀器儀表與測量控制學科有一個全國性的國家一級的學術團體——中國儀器儀表學會。學會在推動學科進展方面作了大量工作,取得了顯著的業(yè)績。特別是學會近幾年來開展學科進展研究,不僅加強了學科的基礎建設,而且豐富了學科活動的容和擴展了學科發(fā)展的空間。我今天發(fā)言的部分容,就是取材于學會撰寫的學科進展報告。談到我國儀器儀表與測量控制產業(yè)的基本概況,先讓我們了解一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)。20XX我國儀器儀表產業(yè)規(guī)模以上企業(yè)為3954家,實現(xiàn)總產值3078億元,銷售收入達到3005億元,雙雙突破3000億元。同比20XX1000億元,20XX2000億元,4年間年增長率超過30%。3000億元的銷售額中,出口商品達到88億美元,同比上一年度增長了36%。目前,我國儀器儀表與測量控制產業(yè)已經形成門類品種比較齊全、布局比較合理、具有相當技術基礎和生產規(guī)模的產業(yè)體系,在亞洲我國是除日本以外第二大儀器儀表生產國,是發(fā)展中國家綜合實力最強的儀器儀表生產國。從產品的技術水平分析,目前絕大多數(shù)國產儀器儀表還處于發(fā)達國家20世紀90年代中后期水平。中低檔產品品種基本齊全,能夠規(guī)模生產,質量基本穩(wěn)定,可以滿足國市場要求,且有批量出口。比如電工儀器儀表在國市場占有率達到95%,并有13%產品出口。市每年生產數(shù)字萬用表700萬臺,銷售世界90多個國家。國產儀器儀表,也有少數(shù)中高檔產品接近國際技術水平。在國家重點科技攻關項目中,特別是必須自主創(chuàng)新發(fā)展的航天航空領域和國防安全領域,已經有部分儀器儀表技術上取得了新的突破。我國嫦娥一號衛(wèi)星攜帶的8種探測儀器都是我國科技人員自主研制設計的,不僅在技術上總體達到了國際先進水平,而且有自己的特點和創(chuàng)新。在工程應用技術方面,已經能夠承擔一部分國家重大工程儀器儀表系統(tǒng)成套。關于我國儀器儀表與測量控制的重大進展后面還要專門談到,這里就不再多列舉了。按照應用領域的不同,我們習慣地把儀器儀表和測量控制劃分為六個大類,即工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)、科學儀器、醫(yī)療儀器、電子與電工測量儀器、各類專用儀器、傳感器和儀器儀表元器件及功能材料。這是一個大致的分類,其間存在著許多交叉和滲透。工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng),主要應用在工業(yè)生產流程中的檢測和控制；科學儀器應用面極廣,包括科學研究、教學實驗、物質分析、安全監(jiān)測等各種領域；醫(yī)療儀器應用于生命科學研究和臨床診斷治療；電子與電工測量儀器用于對各種電子和電工參數(shù)進行測量；各類專用儀器應用于各種專門的領域,如農業(yè)、環(huán)保、氣象、水文、地質、海洋等,這類儀器除了應用領域的特殊要求具備某些特殊性外,它們的基本原理和應用方法跟科學儀器等其他類儀器并無本質的區(qū)別；傳感器、元器件和功能材料主要用于獲取信號、儀器制作和使用材料上。傳感器已經成為影響到儀器儀表與測量控制發(fā)展和應用的關鍵所在。各類儀器的基礎理論和技術,構成了儀器儀表與測量控制學科體系的基本容,它們的產業(yè)成為儀器儀表與測量控制產業(yè)體系的重要組成,而它們的發(fā)展決定著儀器儀表與測量控制的未來。當我們分析我國儀器儀表與測量控制現(xiàn)狀的時候,不能不清醒地認識到它同國際先進水平相比,同我國經濟和社會發(fā)展的實際需要相比,還存在著很大的差距。差距是全方位的,最要害的有三點：第一,我國儀器儀表產業(yè)規(guī)模小,產值低,企業(yè)同樣是規(guī)模小,產值低。20XX我國儀器儀表產業(yè)總產值3000億元人民幣,只占工業(yè)總產值2.5%。10年前,美國儀器儀表產業(yè)總產值已達到4千億美元,占工業(yè)總產值4%。目前,美國儀器儀表企業(yè)年產值超過20億美元不少于50家,我國最大的儀器儀表企業(yè),京儀集團年產值80億元人民幣,川儀集團60億元人民幣。兩相比較,差距實在太大。產業(yè)和企業(yè)的規(guī)模和產值直接影響到產業(yè)的活力與發(fā)展。要縮小和消除這個差距,需要我們努力奮斗10年20年。第二,我國儀器儀表產品質量上、品種上還存在不少問題。產品的可靠性和穩(wěn)定性,長期以來沒有得到根本解決,嚴重影響到市場銷售和正常使用。許多大型精密儀器我們還生產不出來,國需求幾乎全部依賴進口。20XX我國儀器儀表產品出口創(chuàng)下了88億美元,可是進口卻達到了172億美元,逆差84億美元,成為裝備制造業(yè)之最。這個問題不解決,我國儀器儀表與測量控制學科和產業(yè)的發(fā)展將無法擺脫落后被動的局面。第三,我國儀器儀表產業(yè)創(chuàng)新能力不強,還無法承擔起科技創(chuàng)新主體的責任。國際上儀器儀表科技創(chuàng)新發(fā)展極快,產品更新?lián)Q代的周期大約只需2至4年,多數(shù)企業(yè)銷售額一半以上幾乎都來自5年上市的新產品。而我國儀器儀表產品不少還沿自于20世紀80年代技術引進的產物,相當多企業(yè)產品是10年一貫制,靠吃老本為生。自主創(chuàng)新能力不強原因是多方面的,影響最大的不外乎兩條：一是科技創(chuàng)新開發(fā)投入資金太少。國外企業(yè)用于科技創(chuàng)新資金投入一般為銷售收入8至10%,而我國企業(yè)投入資金很少超過3至5%,何況銷售收入本來就不多,極限制了科技創(chuàng)新的有效開展；二是人的因素,有的領導不重視自主創(chuàng)新,更多的是創(chuàng)新人才匱乏。黨的十七大提出,提高自主創(chuàng)新能力,建設創(chuàng)新型國家是國家發(fā)展戰(zhàn)略的核心,是提高綜合國力的關鍵。企業(yè)提升科技創(chuàng)新能力,已經成為刻不容緩的歷史使命。三、趨勢特點當今,儀器儀表與測量控制發(fā)展的趨勢是：面對產品的穩(wěn)定性、可靠性和適應性要求不斷提高；技術指標和功能不斷提高；最先采用新的科學研究成果；高新技術大量采用；儀器及測控單元微小型化、智能化日趨明顯；要求儀器及測控單元可獨立使用、嵌入式使用和聯(lián)網使用；儀器測控圍向立體化、全球化擴展；測控功能向系統(tǒng)化、網絡化發(fā)展；便攜式、手持式以至個性化儀器大量發(fā)展。技術特點是：綜合各種新技術,在研究儀器儀表相關類型傳感器、元器件和材料及技術的基礎上,創(chuàng)新開發(fā)新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術,物質原子、分子級檢測技術,復雜組成樣品的聯(lián)用分析技術,生命科學的原位、在位、實時、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術,創(chuàng)建各類新型檢測儀器儀表；結合系統(tǒng)論、控制論的發(fā)展,在開發(fā)工業(yè)自動化測控的在線分析和控制、原位分析及控制、高可靠性、高性能和高適應性等技術的基礎上,創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)；結合生命科學、人體科學的發(fā)展,在開發(fā)醫(yī)療診治的健康狀況監(jiān)測、早期診治、無損診斷、無創(chuàng)和低創(chuàng)直視診療、精確定位治療技術的基礎上發(fā)展醫(yī)療儀器；同時跟蹤新學科領域和各類應用領域的發(fā)展,開發(fā)各種專用、快捷、自動化檢測和計量技術及專用儀器儀表。工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)和科學儀器,在產值和市場兩個方面都占據(jù)著儀器儀表與測量控制總體的一半,是儀器儀表與測量控制體系的兩大支柱。由于發(fā)言時間有限,下面就讓我們把主要的注意力放在這兩類儀器未來的發(fā)展上。工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)未來發(fā)展的關注點應當是：1、自動化儀表與企業(yè)的信息化自動化儀表技術包括信息采集、處理和應用。"企業(yè)信息化"實際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此,必須用自動化和系統(tǒng)的信息模型"簡化"、"規(guī)則"和"抽象"信息,以便最有效地利用信息。這是自動化儀表領域的一項基礎工作,也是統(tǒng)一信息表達的重要手段。2、自動化儀表工程項目全局信息和全生命周期信息的整合這是實現(xiàn)自動化儀表系統(tǒng)的全面可互操作?？苫ゲ僮魇欠謱哟蔚?實現(xiàn)需要一個漫長的過程。近年來IEC62424標準的出版,InTools工具軟件功能的擴充以及控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表層各項可互操作標準的推出是發(fā)展中一個重要標志點。3、功能安全近年來功能安全的重要發(fā)展是,大量經過功能安全認證的儀表推向市場。為了爭取競爭中有利地位,幾乎所有儀表制造商都會開展功能安全的研究。4、系統(tǒng)維護與儀表診斷系統(tǒng)維護與儀表診斷越來越受到用戶、制造商和研究者各方的關注。它分為四個層次,生產流程的診斷、生產裝備的診斷,自動化控制系統(tǒng)的診斷和現(xiàn)場儀表的診斷。生產流程的診斷原則上不屬于自動化儀表疇,但是診斷信息的交換涉及自動化儀表系統(tǒng)。針對生產裝備的監(jiān)控,診斷儀表系統(tǒng)已經推出了新產品。自動控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設備管理軟件的一個模塊或一種功能,負責控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場儀表的實時診斷和預測性維護?，F(xiàn)場儀表的診斷難度較大,維護周期由智能儀表的損耗情況或固定時間確定。5、無線通信工業(yè)無線通信技術的快速發(fā)展是自動化儀表領域顯著的亮點,它的特征是：技術方案多樣化,參與者迅速增加,成立了專業(yè)組織。推出多種無線演示系統(tǒng)、測量儀表樣機,將成為全球主要自動化儀表展覽的熱點。6、控制網絡未來幾年網絡控測和網絡儀表是自動化儀表發(fā)展的重點,發(fā)展方向是大幅提高速度、簡化安裝和調試的復雜性、擴展無線功能以及發(fā)展網絡技術。7、標準化標準化在自動化儀表發(fā)展歷史上發(fā)揮過重要作用,未來還會對我國儀表產品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經濟時代,有大量信息接口標準的需求,它的共同特點就是在相同的。OurinstrumentmeasuringandcontrolthedevelopmentofscienceandtechnologyInstrumentmeasuringandcontrollingintoday'ssociety;theimportantpositionandrole,Ourinstrumentmeasuringandcontrollingthebasicsituation,InstrumentmeasuringandcontrollingthedevelopmenttrendsandcharacteristicsofChina,aswellasmeasuringinstrumentandcontrolthesignificantprogressinrecentyears.ApositionAsisknowntoall,theworldisintotheinformationage,informationtechnologyhasbecomethekeytothedevelopmentofscienceandtechnology,hightechnology.Famousscientistxuesenhasmadeitclearthat"informationtechnologyincludingmeasurementtechnology,computertechnologyandcommunicationtechnology.Measuringtechniqueisbased.WangDaHangacademicianalsoemphasized,"measuringtechniqueisthesourceofinformationtechnology.Therapiddevelopmentofinformationtechnology,theemerginggiantinformationindustry,informationindustryhasbecometheleadingdrivingworldeconomicde