基于单片机的数字万用表设计电气自动化大学生毕业设计本科学位论文.docx

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基于单片机的数字万用表设计电气自动化大学生毕业设计本科学位论文

xx职业学院

毕业设计（论文）

题目：

系部：

电子工程系

专业：

电气自动化

学号：

学生姓名：

指导教师：

职称：

讲师

二O一四年一月八日

摘要

本设计采用单片机芯片AT89S52设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流值、电阻值。

并以四位数码显示数值。

此系统由分流部分、分压部分、基准电阻部分、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换部分组成。

本设计使用AD0809进行模数转换，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，采用芯片TEC6122驱动8位数码管显示。

关键词：

数字万用表，AT89S52，单片机，AD转换与控制

Abstract

ThisdesignisdesignadigitaluniversalmeterwithchipAT89s51ofone-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:

Digitaluniversalmeter，AT89S52，one-chipcomputer，ADchangesandcontrols

目录

1绪论1

2数字万用表总体设计方案2

2.1数字万用表的硬件系统设计总体框架图2

2.2数字万用表的基本原理3

3硬件电路设计方案7

3.1数字万用表的硬件设计8

3.2数字万用表控制硬件14

4系统软件与流程图14

4.1系统流程总图14

4.2物理量采集处理流程15

5结论15

6致谢16

参考文献17

1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，采用单片机的数字万用表，精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，目前，由各种单片机芯片构成的数字万用表，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定差距，也反映了测量误差的大小，准确度越高，测量误差越小。

数字万用表的准确度远远优于指针万用表。

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

数字万用表不仅仅可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV）、直流电流（DCA）、交流电流（ACA）、电阻（Ω）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。

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。

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。

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数字万用表的硬件系统设计总体框架图

如下图1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。

图1总体电路设计原理图

2.2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。

图2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Δ，则数字信号的大小一定是Δ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Δ=0.1mV，我们把被测电压U与Δ比较，看U是Δ的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N（二进制）。

一般情况下，N≥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（3.5）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U的大小。

如：

U是Δ（0.1mV）的1234倍，即N=1234，显示结果为123.4（mV）。

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-199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。

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。

实际数字万用表的直流电压档电路为图3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。

图3使用分压电路

例如：

其中200V档的分压比为

（R4+R5）/（R1+R2+R3+R4+R5）=10k/10M=0.001

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

R总=R1+R2+R3+R4+R5=10M

（1）

再计算2000V档的电阻

R5=0.0001R总=1K

（2）

再逐档计算R4、R5、R2、R1。

尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，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1000V。

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。

多量程分流器原理电路见图4。

图4多量程分流器原理电路

图4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R5

R5=U0/Im5=0.2/2=1（Ω）

再计算下一档的R4

R4=U0/Im4-R5=0.2/0.2-0.1=0.9（Ω）（3）

依次可计算出R5、R2和R1

图5AC-DC变换器原理简图

图中