毕业设计（论文）基于单片机的智能万用表的设计.doc

摘 要 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，产品智能化、数字化已经成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。目前国内外的高精度数字式仪表，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不便携带，而且价格比较昂贵。 本次设计主要是围绕单片机芯片AT89c51 设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了AD0809 数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S51 单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ 震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8 位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。本文是基于了4 3/4位智能数字万用表的系统设计与研究。设计中采用了美国MAXIM公司生产的专配万用表芯片MAX134，以及Intel 公司生产的MCS8051单片机。整个系统结构由MAX134外加一些外围元件构成，然后再与单片机8051相连，驱动LED数码显示。文章主要介绍了MAX134的性能特点、内部结构、数字接口、输入输出数据及一些功能和原理。整个设计包括硬件电路设计及软件设计。硬件电路设计包括处理器、外部设备元件的选择及电路设计，而软件设计则主要是实现仪表的各功能的控制。关键词 数字万用表 AT89S51 单片机 AD转换与控制AbstractThis design is design a digital universal meter with chip AT89s51 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89S51 one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses TEC6122, urge 8 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of procedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system.In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89S51 one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses TEC6122, urge 8 numbers to be in charge of showing.Keyword: Digital universal meter AT89S51 one-chip computer AD changes and controls 1 绪论随着微电子技术的高速发展，单片机的功能集成化，智能仪器也发展到了一个新的阶段。现在，单片机外围电路正朝着单片集成化、数字化、智能化、网络化、多功能、微功耗、高可靠性的方向发展。单片机与单片系统、智能传感器、网络通信等高新技术的融合，必将成为21世纪新的经济增长点。计算机技术及微电子器件在测量技术中的广泛应用，使智能仪器在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用功能方面或在解决测量技术问题的深度及广度方面有了巨大的发展。数字万用表亦称数字多用表,简称DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片的数字万用表，精度高、抗干扰能力强，可扩展尾强、集成方便，目前，由各种单片机芯片构成的数字电万用表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。11 数字万用表设计背景数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水平。现在的数字万用表较以前的指针万用表在结果的读取上面有了较大的提高，不仅方便快捷，而且更为准确。数字万用表采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片的数字万用表，精度高、抗干扰能力强，可扩展尾强、集成方便，目前，由各种单片机芯片构成的数字电万用表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。1.2 数字万用表的研究现状万用表又叫多用表，由表头、测量电路及转换开关等三个主要部分组成，分为指针式万用表和数字万用表，现在还多了一种带示波器功能的示波万用表。万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。数字式万用表已成为主流，已经取代模拟式仪表。与模拟式仪表相比，数字式仪表灵敏度高，精确度高，显示清晰，过载能力强，便于携带，使用更简单。 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，软件技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，产品智能化、数字化已经成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子设备的精密度和稳定度最为关注。目前国内外的高精度数字式仪表，硬件电路往往比较复杂，体积比较庞大，不便携带，而且价格比较昂贵。现在3 3/4位便携式数字万用表和4 1/2位便携式数字万用表已经成为主流，由于我国发展起步较晚，对智能仪器的研究，无论在生产、科研等方面虽然取得了很大的进展，但是我们现在所用的测量工具基本上都是3 1/2位的数字表，它的准确度不是很高，我们这次设计的4 3/4位数字万用表在精确度上提高了一个档次，性能更优越。1.3 本设计研究内容根据数字万用表的原理，结合设计要求，本设计主要是设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现多级量程的直流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v 和500v.实现多级量程的交流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v 和500v.实现多级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA ，20mA，200mA、2A 和20A.实现多级量程的电阻测量，其量程范围是200、2k ,20k,200k 和2M。以及电容测量电路。由此设想出以下的解决方法，即数字万用表的系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障。2 数字万用表总体设计方案2.1数字万用表方案分析 数字万用表的最基本功能是能够测量交直流电压，交直流电流，还有能够测量电阻，数字万用表的基本组成见图2.1。数字显示屏（LED或液晶）过压过流保护小数点驱动（配合被测量与量程）基准电压单片机89C51过压过流保护分档电阻（量程转换）分压器（量程转换）分流器（量程转换）交流直流变换器（放大，整流，滤波）被测量输入电压电阻电流直流交流VINVREF图2.1 数字万用表的基本组成在本次设计中，单片机的选择有两种方案。 方案一 此方案采用凌阳公司的 16 位单片机 SPCE061A 作为主控制器，它 具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、 中断处理能力强、处理速度高等特点，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是 其软件设计相对复杂，故我们放弃此方案。 方案二 此方案采用 STC 公司的 8 位单片机 STC89C51 作为主控制器，具 有与 MCS-51 指令集完全兼容的 CIP-51 内核，但其同样时钟下运行速度和抗干扰能力高，而且开发环境是我们很熟悉的 Keil C51 , 编译效率高，因此我们采用该方案。2.2 数字万用表的硬件系统设计如下图2.2 所示，本万用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、超限报警、ADC 使能控制。复位电路用来清零，进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC 输入则是将输入量进行AD 转换；测量显示就是显示测量的数值；超限报警部分则是用作当测量量超出量程范围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；ADC 使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。复位电路震荡电路ADC输入89c51被测量显示超限报警ADC使能控制图2.2. 总体电路设计原理图3 数字万用表硬件电路设计方案3.1 芯片选择及功能简介3.1.1 AT89c51 芯片功能特性描述AT89c51 引脚框图：                              图3.1 AT89c51芯片引脚图1 主要特性： · 8031 CPU与MCS-51 兼容· 4K字节可编程FLASH存储器(寿命：1000写/擦循环)· 全静态工作：0Hz-24KHz· 三级程序存储器保密锁定· 128*8位内部RAM· 32条可编程I/O线· 两个16位定时器/计数器· 6个中断源· 可编程串行通道· 低功耗的闲置和掉电模式· 片内振荡器和时钟电路2 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3 振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4 芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.1.2 ADC0809 介绍ADC0809 是带有8 位A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 1 ADC0809 的内部逻辑结构 图3.2 ADC0809芯片引脚图下图可知，ADC0809 由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。m0m1m0m2m3m4m5m6m7地址锁存与译码器 CALE CLXOE8路模拟量开关 A B8路A/D转换器三态输出锁存器STVREF+VREF-EOCD0D1D2D3D4D5D6D7图3-3 ADC0809的内部逻辑结构 2 引脚结构IN0IN7：8 条模拟量输入通道ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4 条ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。表3-1地址输入线的通道选择CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表3-1数字量输出及控制线：11 条ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。CLK 为时钟输入信号线。因ADC0809 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（ ），VREF（）为参考电压输入。ADC0809 应用说明：（1） ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与AT89S51 单片机直接相连。（2） 初始化时，使ST 和OE 信号全为低电平。（3） 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C 端口上。（4） 在ST 端给出一个至少有100ns 宽的正脉冲信号。（5） 是否转换完毕，我们根据EOC 信号来判断。（6） 当EOC 变为高电平时，这时给OE 为高电平，转换的数据就输出给单片机了。3.1.3 TEC6122 简述1 概述TEC6122 共阴极8X8 段LED 数码管（8X8 点阵）显示驱动电路是全定制专用集成电路。该电路由开机自清电路、振荡电路、位扫描驱动电路、8X8 bit 移位寄存器电路、8X8 bit 数据锁存器电路、段多路选择器驱动电路组成。它可与各种型号的微处理器串行口或并行口interface,专供驱动8 位X8 段共阴极LED 数码管（8X8LED 点阵）。字型A B C D E F G DP16 进制代码（无小数点）16 进制代码（有小数点）011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H510110110B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEHEFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不显示0000000000H01H表3.2字符段码表2 特点工作电压：+4V+6V位扫描驱动电流80mA（VDD=+5V）段扫描驱动电流10mA（VDD=+5V）可驱动高彩色LED 管可通过N 个TEC6122 级联实行NX8 位LED 显示管脚间距2.54mm ,标准24pin 窄塑封双列直插封装。3 位扫描共阴极LED 显示原理位扫描共阴极LED 显示原理图及位扫描波形如附图。位扫描信号接S1，S2，S8 顺序依次出现，循环反复。S1 显示第一位（个位），S2 显示第二位（十位），依次地S8 显示第八位（千万位）。要显示的段码A，B，DP 是由S1S8 依次分别选通送出，S1 送A1，B1，DP1，显个位，其它位不显示。同样地S8 送出A8，B8，DP8，显千万位，其它位不显示，这就是位扫描共阴极LED 显示原理。4 逻辑简要说明加电自清电路：片内加电自清电路使8X8bit 段移位寄存器, 8X8Bit 段数据锁存器，振荡时钟分频电路清“0”，清“0”期间LED 不显示，开机自清后LED 显示“0”。振荡电路，位扫描驱动电路：振荡电路是RC 振荡器,R 在电路内部，只需外加电容470PF 到GND(地)就构成RC 振荡器，振荡脉冲经分频组合成S1S8 位扫描驱动信号。S1 驱动第一位(个位）, , S8 驱动第八位（千万位）。S1S8 是开路输出，LED 是这它的负载。S1S8 输出受OEN 控制，OEN=1，允许输出，OEN=0，S1S8 输出为高阻状态（三 图3.3 TEC6122 逻辑图8X8bit 串行移位寄存器：8X8bit 串行移位寄存器SI 为数据输入，SO 为数据输出，SCP 为移位脉冲。送入串行移位寄存器中的数是A，B，DP 段数据，不是BCD 码数据。每次送入8bit 段码数据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码数据最先进入的是第一位（十进制个位），最后进入的是第八位（十进制千万位），上述这种约定，是用户编程时必须遵循的。段数据锁存器，多路选择器，段驱动器：移入8X8 bit 串行移位寄存器中的段码数据在LCP 打入锁存器脉冲作用下，锁存到8X8 bit 段数据锁存器。数据锁存器中的段码经多路选择器，S1 时送第一位（个位）A1,B1,DP1，段码显示;依次地,S8 送第8 位（千万位）A8，B8，DP8，段码显示。段码A，B，C，D，E，F，G，DP 输出受OEN 控制，OEN=1，允许输出。OEN=0，禁止输出，A，B，C，D，E，F，G，DP 为高阻状态（三态）。5 引脚信号及功能说明：SI：串行数据输入。输入数据由微处理器（计算机）程序给出。SCP：串行移位脉冲。移位脉冲个数由微处理器（计算机）程序控制。SO：8X8bit 串行移位寄存器数据输出。SO 接下一个TEC6122 电路的SI，可扩展N个TEC6122 电路。LCP：把8X8 bit 串行移位寄存器中的数锁存到8X8 bit 段数据锁存器打入脉冲，高电平有效。打入数据锁存器的目的是上一个数据的显示和下一个数据的准备（移位）可同时进行。同时也可防止数据移位过程中显示数据的乱闪烁。实际使用过程中LCP连接有二种方法：A、通常的办法是把LCP 直接连到TEC6122 的电源VDD 上因LCP=1,总选通，数据移位太慢，数据移位过程被显示了出来，数据可能会乱闪烁。B、用一个单片机端口驱动。数据移位前，LCP=0, 数据移位完成，发LCP 脉冲，把串行移位寄存器中的数并行打入数据锁存器显示。多片级连使用时，CP 可做片选信号使用。数据移位前，LCP=0, 数据移位完成，发LCP 脉冲，把串行移位寄存器中的数并行打入数据锁存器显示。OEN：输出允许信号，高电平有效。OEN=1，允许位扫描信号一S1一S8 输出，允许段A，B，DP 输出。OEN=0，一S1一S8 为高阻状态（三态），A，B，DP 为高组状态（三态）。OEN 的二种使用方法同LCP。A，B，DP：段输出信号，开路输出，LED 做负载。S1S8：位扫描驱动信号，S1 是第一位（十进制个位），S2 是第二位（十进制十位）， S8 是第8 位（十进制千万位）。OSC：振荡电路输入端。微处理器产生的移位脉冲与显示扫描信号S1S8 是异步工作的。微处理器的任务是把要显示的数据移入8X8 bit 串行移位寄存器，然后打入8X8 bit 数据锁存器，后面就由S1S8 控制显示。振荡电路是一个R·C 振荡器。R 做在电路内部，OSC 外接电容约470PF 到GND（地）构成R·C 振荡器。振荡器只供显示扫描用，频率大小要求不是太严格，只要LED 显示不要出现闪烁即可，通常S1S8 频率为1KHz2KHz。3.2 数字万用表的硬件设计3.2.1 设计方案用单片机AT89c51 与ADC0809 设计一个数字万用表，配合分流电阻、分压电阻、基准电阻可以测量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现四级量程的直流电压测量，其量程范围是2v ,20v,200v 和500v.实现四级量程的交流电压测量，其量程范围是2v ,20v,200v 和500v.实现四级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA ,20mA,200mA 和2A.实现四级量程的电阻测量，其量程范围是2k ,20k,200k和2M.，并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。3.2.2 电源和输入端的设计 电源部分由于高压交流电会对弱电系统产生干扰，影响系统的稳定性，而电池之类的电源又存在维护不方便和电压电流衰减等的缺点，所以本次设计采用外部稳压电源供电，这里选用普通12V 500MA 输出的交流稳压电源输入，该电池容量大，电压衰减影响比较小，输出稳定，电路如下图。图3.4 电源电路在图3-4 的电路里稳压器7805 的压降是2.5V，偏移电流是6mA，我们需要的电压是5V，电路提供的电压是9V，则电阻承担的电压为1.5V，由此得R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200 欧姆 输入端部分图3.5 万用表正表笔输入端电路被测量的量的输入端经过表笔流经保险丝，这样做是为了起到保护作用,防止过压过流而烧坏元器件后面接2 个二极管。3.2.3 分流电阻分压电阻和基准电阻 分流电阻如图3.6，使用有一定规律的R8R12 电阻组合构成精密的电阻分流器，能够实现分流大电流的目的，即20A 的电流一律衰减到200MA.通过测量参考电压经过计算得到实际的电流值。图3.6 分流电阻电路 分压电阻图3.7 分压电阻电路如图3.7，使用有一定规律的R2R6 电阻组合构成精密的电阻分压器，能够实现分流大电压的目的，即0500V 的电压一律衰减到200mV 以下，通过测量参考电压经过计算得到实际的电压值。 基准电阻图3.8 基准电阻电路测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，上图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由AD0809 的参考电压Vref 与被测电阻上得到的电压V 测进行“比例读数”，当两者电压相等时，显示就是V 测/Vref*500=500 ，按照需要再由AD0809 控制转换送AT89C52 控制点亮LED 屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。在产品数字万用表中，为了节省成本和简化电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻。3.2.4 交直流处理电路和ADC部分 交直流处理电路图3.9 交直流处理电路通过该电路达到控制交直流的目的，并且通过调节可变电阻又可以有效地减少电压的损耗。ADC 部分由于ADC0809 的参考电压VREFVCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF)图3.10 ADC0809 转换电路3.2.5 报警部分和单片机最小系统的设计 报警部分当检测到被测量超出预定的值蜂鸣器发出“嘀”声。具体的实现过程是单片机P3.3脚输出高电平，使得Q1 导通。使得LS1 对地导通，蜂鸣器发出响声。图3.11 报警电路单片机最小系统图3.12 单片机最小系统电路本次设计采用ATMEL 公司的AT89C51单片机作为主控芯片，配以RC 上电复位电路和11.0592MHZ 震荡电路，使系统稳定运行。P0 口做为ADC0809 的数据总线，P2.4、P2.5、P2.6 作为显示芯片的SPI 总线输出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2 作为ADC0809 的控制线。同时p1.0-p1.7 作为8255 的信号输入端，使单片机能检测到所测量的物理量和量程。3.2.6 显示量程和开关电路的设计 显示部分 图3.13 显示部分 图3.14 物理量量程选择电路采用SPI 总线LED 驱动器TEC6122 驱动8 位数码管，使得整个系统响应时间最快，显示精度更高。采用4 合1 数码管，减少PCB 表面走线提高系统稳定性。 量程选择控制电路通过8255 的控制与传输，使单片机就检测到所测量的物理量及其量程。 开关电路 图3.15 开关电路如上图，类似于常用的万用表开关，可以根据需要手动转换测量量的量程，根据所需要测量的量选择合适的量程。4 系统软件与流程图4.1系统初始化LED初始化P3.1=1？使能A/D转换单片机接收数据P3.2=1？转换结果送LED显示超限否？报警YNYNYN开始结束返回主程序软件设计在系统软件与流程图里主要论述了，软件结构，软件设计等。图4.1 系统总流程图 本次设计的软件设计部分参照此流程图进行，开始接电之后将系统进行初始化，将测得数据进行A/D转换，转换结果送至单片机，由单片机控制是否超出测量限制，若超出测量限制则产生报警信号，若未超出则送至LED数码管进行输出并显示。4.2物理量采集软件设计图4.2 物理量采集处理流程 物理量采集的过程即是信号转换的过程，首先将物理量选择至电压，电流，电阻，电容其中的一个，然后进行数据采集，数据采集后进行信号转换，转换结束由单片机进行信号的采集及处理在送至LED进行显示。4.3电压测量软件设计图4.3 电压测量流程图 电压的测量主要是首先是人工拨至电压档，然后默认是500V的量程，当电压较小达到更低的档位时自动换挡至更低档位。若刚开始选择较低档位的话，电压测量的过程中经常过大，电路经常超负荷工作，则该万用表的使用寿命会减少。4.4电流测量软件设计图4.4 电流测量流程图电流的测量主要是首先是人工拨至电流档，然后默认是20A的量程，当电流较小达到更低的档位时自动换挡至更低档位。若刚开始选择较低档位的话，电流经常过大，电路经常超负荷工作，则该万用表的使用寿命会减少。4.5 电阻测量软件设计图4.5 电阻测量流程图 电阻的测量类似电流测量，主要是首先拨至电阻档，然后默认是2M的档位，当电阻较小达到更低的档位时自动换挡至更低档位。若刚开始选择较低档位的话，万用表只会显示电阻过大，而不能确定究竟是大至哪个档位。故首先选择一个大的量程不管是对电路还是对我们的测量都是最合适的一个流程选择。4.6 电容测量软件设计图4.6 电容测量流程图 电容的测量类似电流测量，主要是首先拨至电容档，然后默认是200nF的档位，当电容较小达到更低的档位时自动换挡至更低档位。若刚开始选择较低档位的话，万用表只会显示电容过大，而不能确定究竟是大至哪个档位。故首先选择一个大的量程不管是对电路还是对我们的测量都是最合适的一个流程选择。结 论数字式万用表内部采用了多种振荡，放大，分频，保护等电路所以功能较多，比如可以测量温度，频率(在一个较低的范围)，电容,电感.或做信号发生器等等。由于内部结构多用集成电路所以过载能力较差.(不过现在有些已能自动换档.自动保护等.但使用较复杂).损坏后一般也不易修