毕业设计基于单片机的数字万用表设计.docx

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毕业设计基于单片机的数字万用表设计

毕业设计（论文）

题目：

基于单片机的数字万用表设计

英文题目：

THEDESIGNOFDIGITALMULTITESTER

BASEDONMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT

学生姓名

学号

指导老师职称

专业

摘要

本次设计用单片机芯片AT89s52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AT89S52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。

关键词数字万用表AT89S52单片机AD转换与控制

Abstract

ThisdesignisdesignadigitaluniversalmeterwithchipAT89s52ofone-chipcomputer,canmeasureandhandin,directcurrentpressingvalue,directcurrentflow,thedirectcurrentishindered,fournumbersshow.Thissystemisshuntedresistance,resistanceofpartialpressure,basicresistance,minimumsystemof51one-chipcomputers,shownthatsome,warningpart,ADchangeandcontrolmakinguppartly.Inordertomakethesystemmoresteady,makethewholeprecisionofthesystembeensured,thiscircuithasusedAD0809datatochangethechip,theone-chipcomputersystemisdesignedtoadoptAT89S52one-chipcomputerasthetopmanagementchip,theelectricityisrestoredtothethronethecircuitand11.0592MHZandshakenthecircuittomatchonRC,showthatthechipusesTEC6122,urge8numberstobeinchargeofshowing.Theeveryexecutioncycleconsumingtimeofprocedurecontractstogetshortest,inthiswaythereal-timecharacterofthesecuritysystem.

Keyword:

DigitaluniversalmeterAT89S52one-chipcomputerADchangesandcontrols

绪论

数字万用表亦称数字多用表,简称DMM（DigtialMultimeter）。

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。

数字万用表具有以下几点特点：

1）．显示清晰直观，计数准确

为了提高观察的清晰度，新型的手持式数字用用表（HDMM）已普遍采用字高为26mm的大屏幕LCD（液晶显示器）。

有些数字万用表还增加了背光源，以便于夜间观察读数。

2）．显示位数

数字万用表的显示位数通常为3位半到8位半。

3）．准确度高

准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。

它表示测量结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度愈高，测量误差愈小。

数字万用表的准确度远优于指针万用表。

4）．分辨力高

数字万用表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称作仪表的分辨力，宏观世界反映了仪表灵敏度的高低。

分辨力随显示位数的增加而提高。

5）．测试功能强

数字万用表不公可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV）、直流电流（DCA）、交流电流（ACA）、电阻（Ω）、二极管正向压降（Uf）、等等。

新型数字万用表大多增加了下述测试功能：

读数保持（HOLD）、逻辑（LOGIC）测试等等。

6）．测量范围宽

数字万用表可满足常规电子测量的需要。

智能数字万用表的测量范围更宽。

7）．测量速率快

数字万用表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次/秒”。

它主要取决于A/D转换器的转换速率。

一般数字万用表的测量速率为2~5次/秒。

有的能达到20次/秒以上，另有的一些比这个还要高得多。

数字万用表可满足不同用户对测量速率的需要。

8）．输入阻抗高

数字万用表电压挡具有很高的输入阻抗，通常为10~10000MΩ，从被测电路上吸取的电流小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的测量误差。

9）．集成度高，微功耗

新型数字万用表普遍采用CMOS大规模集成电路的A/D转换器，整机功耗很低，3位半，4位半手持式数字万用表的整机功耗仅几十毫瓦，可用9V叠层电池供电。

10）．保护功能完善，抗干扰能力强

数字万用表具有比较完善的保护电路，过载能力强，新型数字万用表还增加了高压保护器件，能防止浪涌电压。

本设计就是基于这个基础设计一个基于单片机的数字万用表。

该设备具有直观简单的优点。

并且能深入的说明万用表的测量原理。

能直观的了解万用表各个部分的结构和测试原则。

1.数字万用表设计背景

在本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及系统概述等。

1.1数字万用表的设计目的和意义

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。

1.2数字万用表的设计依据

根据数字万用表的原理，结合以下的设计要求：

“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。

1.3数字万用表设计重点解决的问题

本设计重点要解决的问题是对不同量程的各种测量内容的转换，还有就是各部分电路组合成一个完整的数字万用表，而难点解决的问题就是程序的设计，要保正其可行性从而保证设计的正确性。

2数字万用表总体设计方案

2.1数字万用表的基本原理

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。

图2.1数字万用表的基本组成

下面我们分别介绍各个部分的组成：

1）、模数（A/D）转换与数字显示电路

常见的物理量都是幅值（大小）连续变化的所谓模拟量（模拟信号）。

指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。

而对数字式仪表，需要把模拟电信号（通常是电压信号）转换成数字信号，再进行显示和处理（如存储、传输、打印、运算等）。

数字信号与模拟信号不同，其幅值（大小）是不连续的。

这种情况被称为是“量化的”。

若最小量化单位（量化台阶）为，则数字信号的大小一定是的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。

但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换（译码）后由数码管或液晶屏显示出来。

例如，设=0.1，我们把被测电压与比较，看是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数（二进制）。

一般情况下，≥1000即可满足测量精度要求（量化误差≤1/1000=0.1%）。

最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半（）数字表。

对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压的大小。

如：

是（0.1）的1234倍，即=1234，显示结果为123.4（）。

这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示-199.9～199.9的电压，显示精度为0.1。

由上可见，数字测量仪表的核心是模数（A/D）转换、译码显示电路。

A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。

2）、多量程数字电压表原理

在基准数字电压表头前面加一级分压电路（分压器），可以扩展直流电压测量的量程。

如图2.2所示，为电压表头的量程（如200），为其内阻（如10），、为分压电阻，为扩展后的量程。

图2.2分压电路原理图2.3多量程分压器原理

由于r>>r2，所以分压比为

扩展后的量程为

多量程分压器原理电路见图2.3，5档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程分别为2000、200、20、2和200。

采用图3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。

所以，实际数字万用表的直流电压档电路为图2.4所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。

例如：

其中200档的分压比为

其余各档的分压比可同样算出。

实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。

如先确定

再计算2000档的电阻

再逐档计算、、、。

尽管上述最高量程档的理论量程是2000，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000。

换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。

3）、多量程数字电流表原理

测量电流的原理是：

根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。

如图2.5，由于，取样电阻上的电压降为

即被测电流

图2.5电流测量原理图2.6多量程分流器电路

若数字表头的电压量程为，欲使电流档量程为，则该档的取样电阻（也称分流电阻）为

如=200，则=200档的分流电阻为。

多量程分流器原理电路见图2.6。

图2.6中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路为图2.7所示。

图2.7中各档分流电阻的阻值是这样计算的：

先计算最大电流档的分流电阻

再计算下一档的

依次可计算