基于單片機(jī)AT89c51的數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)說明

./基于單片機(jī)AT89c51的數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)摘要:本次設(shè)計(jì)用單片機(jī)芯片AT89c51設(shè)計(jì)一個(gè)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(zhǔn)電阻、電容測試芯片電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片,單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89S51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,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(shí)縮到最短,這樣保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(shè)計(jì)與研究。設(shè)計(jì)中采用了美國MAXIM公司生產(chǎn)的專配萬用表芯片MAX134,以及Intel公司生產(chǎn)的MCS8051單片機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由MAX134外加一些外圍元件構(gòu)成,然后再與單片機(jī)8051相連,驅(qū)動LED數(shù)碼顯示。文章主要介紹了MAX134的性能特點(diǎn)、部結(jié)構(gòu)、數(shù)字接口、輸入輸出數(shù)據(jù)及一些功能和原理。整個(gè)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)包括處理器、外部設(shè)備元件的選擇及電路設(shè)計(jì),而軟件設(shè)計(jì)則主要是實(shí)現(xiàn)儀表的各功能的控制。關(guān)鍵詞數(shù)字萬用表AT89S51單片機(jī)AD轉(zhuǎn)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(diǎn)41.2數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)背景61.2.1數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)目的和意義61.2.2數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù)61.2.3數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)總體框架圖153.選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方案及數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì)243.2.1設(shè)計(jì)方案243.2.2數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì)2分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方法2數(shù)字萬用表控制硬件整體結(jié)構(gòu)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(jié)論40致41參考文獻(xiàn)42附錄43.1緒論隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展,單片機(jī)的功能集成化,智能儀器也發(fā)展到了一個(gè)新的階段。現(xiàn)在,單片機(jī)外圍電路正朝著單片集成化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能、微功耗、高可靠性的方向發(fā)展。單片機(jī)與單片系統(tǒng)、智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信等高新技術(shù)的融合,必將成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件在測量技術(shù)中的廣泛應(yīng)用,使智能儀器在測量的準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運(yùn)用功能方面或在解決測量技術(shù)問題的深度及廣度方面有了巨大的發(fā)展。本設(shè)計(jì)是基于MAXIM公司生產(chǎn)的數(shù)字萬用表?？匦酒琈AX134設(shè)計(jì)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(diǎn)是顯示直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確、準(zhǔn)確度高、分辨力強(qiáng)、功能完善、性能穩(wěn)定、過載能力強(qiáng)、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(jīng)成為主流；臺式萬用表的發(fā)展速度更快,已經(jīng)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(qiáng),價(jià)格更加合理。近年來,我國對智能儀器的研究,無論在生產(chǎn)、科研等方面都取得了很大的進(jìn)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(zhǔn)確度都不是很高,而我們這次設(shè)計(jì)的43/4位數(shù)字萬用表在精確度上提高了一個(gè)檔次,性能更優(yōu)越。本設(shè)計(jì)采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX134為核心芯片,配上INTEL公司推出的8位微處理機(jī)MCS8051,控制鍵盤的輸入和數(shù)碼管的輸出,實(shí)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(shí)還可自動轉(zhuǎn)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(jìn)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(qiáng)大的生命力,現(xiàn)已成為在電子測量領(lǐng)域中應(yīng)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(diǎn)數(shù)字電壓表簡稱DVM,它是采用數(shù)字化測量技術(shù),把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及自動測試技術(shù)<ATE>的結(jié)晶。通過對DVM的擴(kuò)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(kuò)展。數(shù)字萬用表主要有一下特點(diǎn)：1

顯示清晰,直觀,讀數(shù)準(zhǔn)確傳統(tǒng)的模擬式萬用表必須借助于指針和刻度來進(jìn)行讀數(shù),在讀數(shù)過程中不可避免地會引入認(rèn)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(jìn)的數(shù)顯技術(shù),使顯示結(jié)果一目了然,只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象,測量結(jié)果就是唯一的。不僅保證了讀數(shù)的客觀性與準(zhǔn)確性,還符合人們的讀數(shù)習(xí)慣,能夠縮短讀數(shù)和記錄的時(shí)間。新型數(shù)字萬用表在數(shù)顯的基礎(chǔ)上增加了顯示各種標(biāo)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?jǐn)?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(shí)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(jì)數(shù)值為20000,這表明該儀表有4個(gè)整數(shù)位,而分?jǐn)?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(zhǔn)確度高字電壓表的準(zhǔn)確度是測量中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度,也反映測量誤差的大小。一般講準(zhǔn)確度愈高,測量誤差愈小,反之亦然。準(zhǔn)確度的公式有三種表述方式：準(zhǔn)確度＝±〔a%RDG+b%FS

①準(zhǔn)確度＝±〔a％RDG+n個(gè)字

②準(zhǔn)確度＝±〔a%RDG+b％FS+n個(gè)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(xiàng)代表A/D轉(zhuǎn)換器和功能轉(zhuǎn)換器的綜合誤差,后一項(xiàng)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(gè)字的誤差折合成滿量程的百分?jǐn)?shù),即變成式①,③式比較特殊,應(yīng)用面較窄。43/4位萬用表將使用②式來表示準(zhǔn)確度。4分辨力高數(shù)字萬用表在最低電壓量程末位1個(gè)字所對應(yīng)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(kuò)展能力強(qiáng)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(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)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(qiáng)1.2數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)背景在本節(jié)中主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)目的和意義數(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,示出強(qiáng)大的生命力。隨著時(shí)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。1.2.2數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理,結(jié)合以下的設(shè)計(jì)要求："設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(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、電容測試芯片電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問題本設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問題是對不同量程的各種測量容的轉(zhuǎn)換,還有就是各部分電路組合成一個(gè)完整的數(shù)字萬用表,而難點(diǎn)解決的問題就是程序的設(shè)計(jì),要保正其可行性從而保證設(shè)計(jì)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(shí)期,突出表現(xiàn)在新技術(shù)不斷涌現(xiàn),新工藝被廣泛采用,新產(chǎn)品層出不窮。1

廣泛采用新技術(shù),不斷開發(fā)新產(chǎn)品電子技術(shù)的進(jìn)步,往往預(yù)示著數(shù)字萬用表研制水平的新突破,近年來,各項(xiàng)新技術(shù)愈來愈普遍采用,并且迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。2

廣泛采用新工藝新一代的數(shù)字萬用表正朝著標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)換器2專配微處理器的43/4位DMM集成電路3ASIC產(chǎn)品的應(yīng)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(gòu)成具有高性價(jià)比的43/4位或33/4位智能數(shù)字萬用表。4

計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)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(hù)數(shù)字顯示屏〔LED或液晶過壓過流保護(hù)小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動〔配合被測量與量程基準(zhǔn)電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換,譯碼驅(qū)動過壓過流保護(hù)分檔電阻〔量程轉(zhuǎn)換分壓器〔量程轉(zhuǎn)換分流器〔量程轉(zhuǎn)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(gè)部分的組成：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)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(jìn)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(zhuǎn)換成數(shù)字信號,再進(jìn)行顯示和處理<如存儲、傳輸、打印、運(yùn)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(jìn)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(shè)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(jié)果四舍五入取為整數(shù)N<二進(jìn)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(diǎn)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(jié)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(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(gè)步驟。2多量程數(shù)字電壓表原理在基準(zhǔn)數(shù)字電壓表頭前面加一級分壓電路<分壓器>,可以擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(yīng)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(kuò)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(shí)際使用中是所不希望的。所以,實(shí)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(dá)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(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)算2000V檔的電阻=0.0001=1K再逐檔計(jì)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(shí),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(diǎn)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,用合適的取樣電阻把待測電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓,再進(jìn)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(shí)際使用中有一個(gè)缺點(diǎn),就是當(dāng)換檔開關(guān)接觸不良時(shí),被測電路的電壓可能使數(shù)字表頭過載,所以,實(shí)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(jì)算的：先計(jì)算最大電流檔的分流電阻再計(jì)算下一檔的依次可計(jì)算出、、。圖中的BX是2A保險(xiǎn)絲管,電流過大時(shí)會快速熔斷,超過流保護(hù)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(hù)作用。正常測量時(shí),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0.7V,二極管立即導(dǎo)通,兩端電壓被限制住<小于0.7V>,保護(hù)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(chǔ)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(yùn)算放大器、整流二極管、RC濾波器等組成,還包含一個(gè)能調(diào)整輸出電壓高低的電位器,用來對交流電壓檔進(jìn)行校準(zhǔn)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、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(zhǔn)電壓,流過標(biāo)準(zhǔn)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(jì)>。所以A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓和輸入電壓有如下關(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(shí)顯示"1000",UIN=0.5UREF時(shí)顯示"500",以此類推。所以,當(dāng)RX=R0時(shí)表頭將顯示"1000",當(dāng)RX=0.5R0時(shí)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(diǎn)進(jìn)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(diǎn)定在十位上。當(dāng)RX=100Ω時(shí),表頭就會顯示出100.0Ω。當(dāng)RX變化時(shí),顯示值相應(yīng)變化,可以從0.1Ω測到199.9Ω。又如對2kΩ檔,取R02=1KΩ,小數(shù)點(diǎn)在千位上。當(dāng)RX變化時(shí),顯示值相應(yīng)變化,可以從0.001KΩ測到1.999KΩ。其余各檔道理相同,同學(xué)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(hù)電路,以防誤用電阻檔去測高電壓時(shí)損壞集成電路。當(dāng)誤測高電壓時(shí),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(shí)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(fù)正常。IiIiBXD1D2動片2200uA2mA20mA200mA0.9200mA0.1900909R1R2R3R4R5UiIN+IN-數(shù)字電壓表頭圖2-7實(shí)用分流器電路ZDZDR0R5VREF+VREF-IN+IN-UREFUINA／D轉(zhuǎn)換及數(shù)字表頭直流電壓輸出交流電壓校準(zhǔn)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(shí)間成一定的指數(shù)關(guān)系。根據(jù)電壓和時(shí)間可以計(jì)算出電容的值。RRtA／D轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、被測量顯示、超限報(bào)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(bào)警部分則是用作當(dāng)測量量超出量程圍時(shí)發(fā)出警報(bào),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。復(fù)位電路復(fù)位電路震蕩電路ADC輸入89c51被測量顯示超限報(bào)警ADC使能控制圖2-11.總體電路設(shè)計(jì)原理圖.3選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計(jì)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

2

39P0.0

P1.2

3

38P0.1

P1.3

4

37P0.2

P1.4

5

36P0.3

P1.5

6

35P0.4

P1.6

7

34P0.5

P1.7

8

33

P0.6

RST/Vpd9

32P0.7

RXDP3.0

10

31-EA/Vpp〔1/外0程序選擇TXDP3.1

11

30ALE/-P〔地址鎖存輸出-INT0P3.2

12

29-PSEN

〔外部程序讀選通輸出-INT1P3.3

13

28P2.7

T0

P3.4

14

27P2.6

T1

P3.5

15

26P2.5

-WRP3.6

16

25

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(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·6個(gè)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(shí)鐘電路2管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí),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(shí),P0口作為原碼輸入口,當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí),P0輸出原碼,此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)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(shí),將輸出電流,這是由于部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí),P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流,當(dāng)P2口被寫"1"時(shí),其管腳被部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時(shí),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(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(shí),P2口輸出地址的高八位。在給出地址"1"時(shí),它利用部上拉優(yōu)勢,當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(shí)器0外部輸入P3.5T1〔記時(shí)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(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí),要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí),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(shí),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(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí),將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí),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(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí),這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí),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(shí),/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí),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(shí)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(shí)鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器,因此對外部時(shí)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(gè)PEROM陣列和三個(gè)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(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。此外,AT89C51設(shè)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(shí)器,計(jì)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(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.1.2ADC0809介紹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。1ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)下圖可知,ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道,允許8路模擬量分時(shí)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(shí),才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。m0m0m1m0m2m3m4m5m6m7地址鎖存與譯碼器CALECLXOE8路模擬量開關(guān)AB8路A/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器STVREF+VREF-EOCD0D1D2D3D4D5D6D7圖3-2ADC0809的部邏輯結(jié)構(gòu)2引腳結(jié)構(gòu)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(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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(dāng)ALE線為高電平時(shí),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(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時(shí),所有部寄存器清零；下跳沿時(shí),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(shí),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)。OE＝1,輸出轉(zhuǎn)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(shí)鐘輸入信號線。因ADC0809的部沒有時(shí)鐘電路,所需時(shí)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(yīng)用說明：〔1ADC0809部帶有輸出鎖存器,可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。〔2初始化時(shí),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(gè)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(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí),這時(shí)給OE為高電平,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。3.1.3TEC6122簡述1概述TEC6122共陰極8X8段LED數(shù)碼管〔8X8點(diǎn)陣顯示驅(qū)動電路是全定制專用集成電路。該電路由開機(jī)自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)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(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X8段共陰極LED數(shù)碼管〔8X8LED點(diǎn)陣。2特點(diǎn)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(gè)TEC6122級聯(lián)實(shí)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(fù)。―S1顯示第一位〔個(gè)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(gè)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(jìn)制代碼〔無小數(shù)點(diǎn)16進(jìn)制代碼〔有小數(shù)點(diǎn)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(shí)鐘分頻電路清"0",清"0"期間LED不顯示,開機(jī)自清后LED顯示"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―S1∽―S8位掃描驅(qū)動信號。―S1驅(qū)動第一位<個(gè)位,……,―S8驅(qū)動第八位〔千萬位。―S1∽―S8是開路輸出,LED是這它的負(fù)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(jìn)入的是第一位〔十進(jìn)制個(gè)位,……,最后進(jìn)入的是第八位〔十進(jìn)制千萬位,上述這種約定,是用戶編程時(shí)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(jīng)多路選擇器,―S1時(shí)送第一位〔個(gè)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(jì)算機(jī)程序給出。SCP：串行移位脈沖。移位脈沖個(gè)數(shù)由微處理器〔計(jì)算機(jī)程序控制。SO：8X8bit串行移位寄存器數(shù)據(jù)輸出。SO接下一個(gè)TEC6122電路的SI,可擴(kuò)展N個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)的顯示和下一個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備〔移位可同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)也可防止數(shù)據(jù)移位過程中顯示數(shù)據(jù)的亂閃爍。實(shí)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(gè)單片機(jī)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(shí),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(fù)載。―S1―S8：位掃描驅(qū)動信號,―S1是第一位〔十進(jìn)制個(gè)位,―S2是第二位〔十進(jìn)制十位,……,―S8是第8位〔十進(jìn)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―S1∽―S8是異步工作的。微處理器的任務(wù)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(gè)R·C振蕩器。R做在電路部,OSC外接電容約470PF到GND〔地構(gòu)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(yán)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(shè)計(jì)方案及數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì)3.2.1設(shè)計(jì)方案用單片機(jī)AT89c51與ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表,配合分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)四級量程的直流電壓測量,其量程圍是2v,20v,200v和500v.實(shí)現(xiàn)四級量程的交流電壓測量,其量程圍是2v,20v,200v和500v.實(shí)現(xiàn)四級量程的直流電流測量,其量程圍是2mA,20mA,200mA和2A.實(shí)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(shí),蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。3.2.2數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì)分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實(shí)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(diǎn),所以本次設(shè)計(jì)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(dān)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(jīng)過表筆流經(jīng)保險(xiǎn)絲,這樣做是為了起到保護(hù)作用,防止過壓過流而燒壞元器件后面接2個(gè)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(gòu)成精密的電阻分流器,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(jì)算得到實(shí)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(gòu)成精密的電阻分壓器,能夠?qū)崿F(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(jīng)過計(jì)算得到實(shí)際的電壓值。五基準(zhǔn)電阻圖3-8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具有非常準(zhǔn)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(zhǔn)電阻",就是通過切換各個(gè)接點(diǎn)得到不同的基準(zhǔn)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(jìn)行"比例讀數(shù)",當(dāng)兩者電壓相等時(shí),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(diǎn)亮LED屏幕上的小數(shù)點(diǎn),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(zhǔn)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(dá)到控制交直流的目的,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部分由于ADC0809的參考電壓VREF＝VCC,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(shí)際顯示的電壓值<D/256*VREF>圖3-10ADC0809轉(zhuǎn)換電路八報(bào)警部分當(dāng)檢測到被測量超出預(yù)定的值蜂鳴器發(fā)出"嘀"聲。具體的實(shí)現(xiàn)過程是單片機(jī)P3.3腳輸出高電平,使得Q1導(dǎo)通。使得LS1對地導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出響聲。圖3-11報(bào)警電路九單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3-12單片機(jī)最小系統(tǒng)電路本次設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89S52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(yùn)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(shí)p1.0-p1.7作為8255的信號輸入端,使單片機(jī)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(qū)動器TEC6122驅(qū)動8位數(shù)碼管,使得整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(jī)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(guān)電路圖3-15開關(guān)電路如上圖,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。數(shù)字萬用表控制硬件整體結(jié)構(gòu)圖電路原理圖〔見附錄一電路的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(gè)芯片中才能完成工作,如上圖3.12所示,當(dāng)開關(guān)要測量電壓、電流或者電阻時(shí),則根據(jù)不同的量程需要分別選擇不同的量程開關(guān),于便得到最準(zhǔn)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(jī)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(shè)計(jì)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不接上也是滿足設(shè)計(jì)要求的,接上去只是滿足芯片的8位驅(qū)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(jié)構(gòu),軟件設(shè)計(jì)等。4.1電路功能模塊由總體設(shè)計(jì)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(bào)警、等電路組成。程序中的子程序功能模塊主要分成3個(gè),延時(shí)、ADC轉(zhuǎn)換、和顯示,延時(shí)子程序在整個(gè)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(shí),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)根據(jù)軟件協(xié)議送顯示,顯示子程序則包括一個(gè)8位字節(jié)的發(fā)送程序和一個(gè)TEC6122的驅(qū)動程序。復(fù)位電路復(fù)位電路震蕩電路ADC輸入89c51被測量顯示超限報(bào)警ADC使能控制圖4-1功能模塊設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換單片機(jī)接收數(shù)據(jù)P3.2=1？轉(zhuǎn)換結(jié)果送LED顯示超限否？報(bào)警YNYNYN開始結(jié)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(jié)論數(shù)字式萬用表部采用了多種振蕩,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(gè)較低的圍>,電容,電感.或做信號發(fā)生器等等。由于部結(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)字萬用表的測量圍很大,廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。本電路的設(shè)計(jì)剛比較簡單,不過也有它的優(yōu)點(diǎn)：高精度、低功耗、量程寬、可擴(kuò)展性強(qiáng)等。設(shè)計(jì)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(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成?！?、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(jì)只是設(shè)計(jì)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?！?、單片機(jī)部分跟AD轉(zhuǎn)換部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心,ADC0809的參考電壓VREF＝VCC,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(shí)際顯示的電壓值<D/256*VREF>；AT89S52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(yùn)行?！?、在本次軟件設(shè)計(jì)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(fù)雜,捍接也很難,以致未能做出實(shí)物。.致經(jīng)過幾個(gè)月的努力,畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成了。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐中,學(xué)到很多有用的知識,也積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在此要特別感老師,在做設(shè)計(jì)期間得到老師的精心指導(dǎo),他對我們要求非常嚴(yán)格。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成離不開老師的幫助的。同時(shí)感身邊的同學(xué),他們?yōu)槲姨峁┝撕芏鄬氋F的資料。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)自始至是在他們的指導(dǎo)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(shí)由于自己本身對一些知識的掌握不是很深刻,設(shè)計(jì)難免會出現(xiàn)一些漏洞,雖然設(shè)計(jì)做的不是很完美,但是畢竟這是自己認(rèn)認(rèn)真真做出來的。希望各位老師給予指正。同時(shí)感母校對我四年來的教育和關(guān)心,在這里我不僅學(xué)到了專業(yè)知識,還學(xué)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(jià)值觀,在這里學(xué)到的一切都使我終身受益。再次衷心感所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué),你們!.參考文獻(xiàn)1丁元杰單片微機(jī)原理及應(yīng)用機(jī)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(zhuǎn)換技術(shù)機(jī)械工業(yè)20XX2月4閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育1998年12月5童詩白模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育20XX6伯成微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)清華大學(xué)20XX1月7昌喜智能儀表原理與設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)20XX2月8肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī).：航空航天大學(xué),2002.89何立民.單片機(jī)高級教程．第1版．：航空航天大學(xué),2001

11廣第．單片機(jī)基礎(chǔ)．第1版．：航空航天大學(xué),1999

12徐惠民、安德寧．單片微型計(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用．第1版．：郵電大學(xué),1996

13何立民．從cygnal80c51f看8位單片機(jī)發(fā)展之路．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)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(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)圖.附錄2：科技文獻(xiàn)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(dāng)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(diǎn),以及我國儀器儀表與測量控制近年來的重大進(jìn)展。一地位作用眾所周知,當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代,信息技術(shù)成為推動科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。著名科學(xué)家錢學(xué)森明確指出,"信息技術(shù)包括測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)。測量技術(shù)是基礎(chǔ)。"王大珩院士也一再強(qiáng)調(diào),"測量技術(shù)是信息技術(shù)的源頭。"信息技術(shù)的快速發(fā)展,產(chǎn)生了新興的龐大的信息產(chǎn)業(yè),信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為帶動世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的龍頭產(chǎn)業(yè)。美國商業(yè)部1999年度報(bào)告在關(guān)于新興數(shù)字經(jīng)濟(jì)部分提出,信息產(chǎn)業(yè)包括計(jì)算機(jī)軟硬件行業(yè)、通信設(shè)備制造及服務(wù)行業(yè)、儀器儀表行業(yè)。這就是說,測量技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)和源頭,儀器儀表行業(yè)是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。不言而喻,儀器儀表與測量控制在當(dāng)今信息時(shí)代推動科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展重要作用究竟是什么？20XX中國儀器儀表學(xué)會接受國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委和科技部的委托,組織了一個(gè)專家調(diào)研組對全國儀器儀表行業(yè)開展了一次為期3個(gè)月的調(diào)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(diào)研活動,并在調(diào)研結(jié)束后主持調(diào)研組向兩委一部提出了一份"關(guān)于振興我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)對策與建議"的研究報(bào)告。這份報(bào)告對儀器儀表在當(dāng)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(chǎn)的"倍增器",科學(xué)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(gè)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(jīng)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(chǎn)業(yè)的科學(xué)依據(jù),并在文件、報(bào)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(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)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(jì)委、經(jīng)貿(mào)委、科技部等許多部委都列了若干專項(xiàng),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(dá)了"加快振興裝備制造業(yè)的若干意見",提出了在各個(gè)行業(yè)中選出16項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域立專項(xiàng)支持發(fā)展,其中第11項(xiàng)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(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要",涉及到了多項(xiàng)儀器儀表與測量控制發(fā)展項(xiàng)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(guān)于加強(qiáng)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(gè)要素,創(chuàng)新工具主要就是指推動科技創(chuàng)新的科學(xué)儀器。科學(xué)儀器的重要作用被進(jìn)一步提升,開發(fā)研究得到更有力的支持。此外,在863計(jì)劃,特別是航天計(jì)劃等國家科技發(fā)展計(jì)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(gè)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(yīng)當(dāng)包括兩個(gè)方面,那就是學(xué)科和產(chǎn)業(yè)。儀器儀表究竟是不是一門獨(dú)立的學(xué)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(jīng)發(fā)展形成一門獨(dú)立完整的學(xué)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(xué)科具備了自己特有的一整套基礎(chǔ)理論和技術(shù),其中主要包括傳感器理論和技術(shù),檢測計(jì)量理論和技術(shù),信號處理理論和技術(shù),誤差分析理論和技術(shù),自動控制理論和技術(shù)等。在這些基礎(chǔ)理論和技術(shù)的研究開發(fā)中,擁有一批杰出的科學(xué)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(jìn)學(xué)科發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)；第二,綜觀科學(xué)技術(shù)發(fā)展史,當(dāng)一門新興學(xué)科形成和不斷發(fā)展時(shí),教育體系,特別是高等教育就會應(yīng)運(yùn)而生出現(xiàn)新的學(xué)科教育,培養(yǎng)新的學(xué)科人才。我國教育部多年來已經(jīng)圍繞著儀器儀表與測量控制學(xué)科設(shè)立了一級學(xué)科教育體系,現(xiàn)在定名為"儀器科學(xué)與技術(shù)"學(xué)科,全國近250所高校設(shè)置了相應(yīng)的專業(yè),3萬多名本科生和1萬多名研究生在校學(xué)習(xí)。我國高校為"儀器科學(xué)與技術(shù)"學(xué)科制定了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī),已經(jīng)為儀器儀表與測量控制領(lǐng)域培養(yǎng)了幾十萬學(xué)科技術(shù)人才；第三,儀器儀表與測量控制學(xué)科是一門工程應(yīng)用學(xué)科,與之相適應(yīng)的產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展是學(xué)科發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模,這在下面還會詳細(xì)談到,因此,儀器儀表與測量控制學(xué)科不是在象牙塔,而有著強(qiáng)大的生命力和發(fā)展空間；第四,儀器儀表與測量控制學(xué)科有一個(gè)全國性的國家一級的學(xué)術(shù)團(tuán)體——中國儀器儀表學(xué)會。學(xué)會在推動學(xué)科進(jìn)展方面作了大量工作,取得了顯著的業(yè)績。特別是學(xué)會近幾年來開展學(xué)科進(jìn)展研究,不僅加強(qiáng)了學(xué)科的基礎(chǔ)建設(shè),而且豐富了學(xué)科活動的容和擴(kuò)展了學(xué)科發(fā)展的空間。我今天發(fā)言的部分容,就是取材于學(xué)會撰寫的學(xué)科進(jìn)展報(bào)告。談到我國儀器儀表與測量控制產(chǎn)業(yè)的基本概況,先讓我們了解一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。20XX我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上企業(yè)為3954家,實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值3078億元,銷售收入達(dá)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(dá)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(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成門類品種比較齊全、布局比較合理、具有相當(dāng)技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)體系,在亞洲我國是除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國,是發(fā)展中國家綜合實(shí)力最強(qiáng)的儀器儀表生產(chǎn)國。從產(chǎn)品的技術(shù)水平分析,目前絕大多數(shù)國產(chǎn)儀器儀表還處于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)90年代中后期水平。中低檔產(chǎn)品品種基本齊全,能夠規(guī)模生產(chǎn),質(zhì)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(dá)到95%,并有13%產(chǎn)品出口。市每年生產(chǎn)數(shù)字萬用表700萬臺,銷售世界90多個(gè)國家。國產(chǎn)儀器儀表,也有少數(shù)中高檔產(chǎn)品接近國際技術(shù)水平。在國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中,特別是必須自主創(chuàng)新發(fā)展的航天航空領(lǐng)域和國防安全領(lǐng)域,已經(jīng)有部分儀器儀表技術(shù)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(shè)計(jì)的,不僅在技術(shù)上總體達(dá)到了國際先進(jìn)水平,而且有自己的特點(diǎn)和創(chuàng)新。在工程應(yīng)用技術(shù)方面,已經(jīng)能夠承擔(dān)一部分國家重大工程儀器儀表系統(tǒng)成套。關(guān)于我國儀器儀表與測量控制的重大進(jìn)展后面還要專門談到,這里就不再多列舉了。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同,我們習(xí)慣地把儀器儀表和測量控制劃分為六個(gè)大類,即工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)、科學(xué)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(gè)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(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)流程中的檢測和控制；科學(xué)儀器應(yīng)用面極廣,包括科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)分析、安全監(jiān)測等各種領(lǐng)域；醫(yī)療儀器應(yīng)用于生命科學(xué)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(jìn)行測量；各類專用儀器應(yīng)用于各種專門的領(lǐng)域,如農(nóng)業(yè)、環(huán)保、氣象、水文、地質(zhì)、海洋等,這類儀器除了應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求具備某些特殊性外,它們的基本原理和應(yīng)用方法跟科學(xué)儀器等其他類儀器并無本質(zhì)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(jīng)成為影響到儀器儀表與測量控制發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵所在。各類儀器的基礎(chǔ)理論和技術(shù),構(gòu)成了儀器儀表與測量控制學(xué)科體系的基本容,它們的產(chǎn)業(yè)成為儀器儀表與測量控制產(chǎn)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(dāng)我們分析我國儀器儀表與測量控制現(xiàn)狀的時(shí)候,不能不清醒地認(rèn)識到它同國際先進(jìn)水平相比,同我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的實(shí)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(diǎn)：第一,我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,產(chǎn)值低,企業(yè)同樣是規(guī)模小,產(chǎn)值低。20XX我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值3000億元人民幣,只占工業(yè)總產(chǎn)值2.5%。10年前,美國儀器儀表產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)到4千億美元,占工業(yè)總產(chǎn)值4%。目前,美國儀器儀表企業(yè)年產(chǎn)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(tuán)年產(chǎn)值80億元人民幣,川儀集團(tuán)60億元人民幣。兩相比較,差距實(shí)在太大。產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)值直接影響到產(chǎn)業(yè)的活力與發(fā)展。要縮小和消除這個(gè)差距,需要我們努力奮斗10年20年。第二,我國儀器儀表產(chǎn)品質(zhì)量上、品種上還存在不少問題。產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性,長期以來沒有得到根本解決,嚴(yán)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(chǎn)不出來,國需求幾乎全部依賴進(jìn)口。20XX我國儀器儀表產(chǎn)品出口創(chuàng)下了88億美元,可是進(jìn)口卻達(dá)到了172億美元,逆差84億美元,成為裝備制造業(yè)之最。這個(gè)問題不解決,我國儀器儀表與測量控制學(xué)科和產(chǎn)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(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力不強(qiáng),還無法承擔(dān)起科技創(chuàng)新主體的責(zé)任。國際上儀器儀表科技創(chuàng)新發(fā)展極快,產(chǎn)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(chǎn)品。而我國儀器儀表產(chǎn)品不少還沿自于20世紀(jì)80年代技術(shù)引進(jìn)的產(chǎn)物,相當(dāng)多企業(yè)產(chǎn)品是10年一貫制,靠吃老本為生。自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)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(lǐng)導(dǎo)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(shè)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(guān)鍵。企業(yè)提升科技創(chuàng)新能力,已經(jīng)成為刻不容緩的歷史使命。三、趨勢特點(diǎn)當(dāng)今,儀器儀表與測量控制發(fā)展的趨勢是：面對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和適應(yīng)性要求不斷提高；技術(shù)指標(biāo)和功能不斷提高；最先采用新的科學(xué)研究成果；高新技術(shù)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(dú)立使用、嵌入式使用和聯(lián)網(wǎng)使用；儀器測控圍向立體化、全球化擴(kuò)展；測控功能向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；便攜式、手持式以至個(gè)性化儀器大量發(fā)展。技術(shù)特點(diǎn)是：綜合各種新技術(shù),在研究儀器儀表相關(guān)類型傳感器、元器件和材料及技術(shù)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新開發(fā)新的微弱信號敏感、傳感、檢測、融合技術(shù),物質(zhì)原子、分子級檢測技術(shù),復(fù)雜組成樣品的聯(lián)用分析技術(shù),生命科學(xué)的原位、在位、實(shí)時(shí)、在線、高靈敏度、高通量、高選擇性檢測技術(shù),創(chuàng)建各類新型檢測儀器儀表；結(jié)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(yīng)性等技術(shù)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新發(fā)展工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)；結(jié)合生命科學(xué)、人體科學(xué)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(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展醫(yī)療儀器；同時(shí)跟蹤新學(xué)科領(lǐng)域和各類應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展,開發(fā)各種專用、快捷、自動化檢測和計(jì)量技術(shù)及專用儀器儀表。工業(yè)自動化儀表與控制系統(tǒng)和科學(xué)儀器,在產(chǎn)值和市場兩個(gè)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(shí)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(guān)注點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是：1、自動化儀表與企業(yè)的信息化自動化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應(yīng)用。"企業(yè)信息化"實(shí)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(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,也是統(tǒng)一信息表達(dá)的重要手段。2、自動化儀表工程項(xiàng)目全局信息和全生命周期信息的整合這是實(shí)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(shí)現(xiàn)需要一個(gè)漫長的過程。近年來IEC62424標(biāo)準(zhǔn)的出版,InTools工具軟件功能的擴(kuò)充以及控制系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表層各項(xiàng)可互操作標(biāo)準(zhǔn)的推出是發(fā)展中一個(gè)重要標(biāo)志點(diǎn)。3、功能安全近年來功能安全的重要發(fā)展是,大量經(jīng)過功能安全認(rèn)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(hù)與儀表診斷系統(tǒng)維護(hù)與儀表診斷越來越受到用戶、制造商和研究者各方的關(guān)注。它分為四個(gè)層次,生產(chǎn)流程的診斷、生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)裝備的監(jiān)控,診斷儀表系統(tǒng)已經(jīng)推出了新產(chǎn)品。自動控制系統(tǒng)的診斷通常是控制系統(tǒng)中設(shè)備管理軟件的一個(gè)模塊或一種功能,負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)自身以及現(xiàn)場儀表的實(shí)時(shí)診斷和預(yù)測性維護(hù)。現(xiàn)場儀表的診斷難度較大,維護(hù)周期由智能儀表的損耗情況或固定時(shí)間確定。5、無線通信工業(yè)無線通信技術(shù)的快速發(fā)展是自動化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn),它的特征是：技術(shù)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(jī),將成為全球主要自動化儀表展覽的熱點(diǎn)。6、控制網(wǎng)絡(luò)未來幾年網(wǎng)絡(luò)控測和網(wǎng)絡(luò)儀表是自動化儀表發(fā)展的重點(diǎn),發(fā)展方向是大幅提高速度、簡化安裝和調(diào)試的復(fù)雜性、擴(kuò)展無線功能以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。7、標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品追趕世界水平發(fā)揮重大作用。在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代,有大量信息接口標(biāo)準(zhǔn)的需求,它的共同特點(diǎn)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