基于单片机AT89c51的数字万用表设计.docx

1、基于单片机AT89c51的数字万用表设计摘要 :本次设计用单片机芯片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 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。8 TEC6122，驱动本文全面、深入

2、、系统地介绍了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。 转换与控制单片机 AT89S51 AD数字万用表关键词 AbstractThis design is desi

3、gn 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

4、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 AT89S

5、51 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

6、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 th

7、e 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 录目 摘 要 . i

8、 Abstract . i 1. 绪论 . 4 4 . 1.1 数字万用表的主要特点 6 . 1.2 数字万用表设计背景1.2.1 数字万用表的设计目的和意义 . 6 6 . 1.2.2 数字万用表的设计依据 6 . 1.2.3 数字万用表的设计目的和意义 7. .1.3万用表发展趋势2. 数字万用表总体设计方案 . 8 8. .2.1数字万用表的基本原理 15. .2.2数字万用表的硬件系统设计总体框架图3. 选用芯片介绍及硬件电路设计方案 . 16 16芯片选择及功能简介 . 3.1 16 . 3.1.1 AT89c51 芯片功能特性描述 19介绍 . 3.1.2 ADC0809 21.

9、3.1.2 TEC6122 简述 24. 3.2设计方案及数字万用表的硬件设计 24设计方案 . 3.2.1 26 . 3.2.2 数字万用表的硬件设计 26. 3.2.2.1 分模块详述系统各部分的实现方法 32. 3.2.2.2 数字万用表控制硬件整体结构图 32. .3.2.2.1电路的工作过程描述4. 系统软件与流程图 . 33 33 . 4.1 电路功能模块 33. 4.2系统总流程图 2. 4.3物理量采集处理流程 3. 电压测量过程流程图 .4.4 4. .4.5电流的测量过程流程图 5. 电阻的测量过程流程图4.6 6. 4.7电容测量过程流程图.结 论 . 7 致 谢 . 8

10、 参考文献 . 9 附录 . 9 绪论1 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。本设计是基于MAXIM公司生产的数字万用表专控芯片MAX134设计的 位数字万用表。4 3/4智能数字万用表亦称数字多用表（DMM

11、），其主要特点是显示直观、读数准确、准确度高、分辨力强、功能完善、性能稳定、过载能力强、耗电省、体积小、易于携带。近年来，数字万用表迅速发展，无论是便携式，还是台式万用表在精度、功能和性能上都有较大的提高。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；台式万用表的发展速度更快，已经有几家公司推出单片集成方案，使台式万用表的性能更高、功能更强，价格更加合 理。近年来，我国对智能仪器的研究，无论在生产、科研等方面都取得了很大的进展，但是由于我国发展起步晚，我国现在所用的测量工具都基本上是3 1/2位的数字表，它的准确度都不是 位数字万用表在精确度上提高了一个档次，性能

12、更优越。很高，而我们这次设计的4 3/4本设计采用美国MAXIM公司生产的MAX134为核心芯片，配上INTEL公司推出的8位微处理机MCS8051，控制键盘的输入和数码管的输出，实现电阻/交流电压/直流电压/交直流电 流等的测量，测电压或电阻时还可自动转换量程。传统的模拟式万用表已有很久的发展历史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要。数字万用表自从问世以来，显示出了强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。现在让我们来探讨一下新型智能4 3/4位数字万用表。 数字万用表的主要特点1.1 数字电压表简称DVM，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

13、数字形式并加以显示的仪表。智能化数字万用表则是大规模集成电路(LSI)、数显技术、计算机技术及 的结晶。(ATE)自动测试技术通过对DVM的扩展，即可形成数字多用表DMM(Digital Multimeter)。因此，数字万用表的 功能是电压表上的扩展。数字万用表主要有一下特点： 显示清晰，直观，读数准确1 传统的模拟式万用表必须借助于指针和刻度来进行读数，在读数过程中不可避免地会引入认为的测量误差(例如视差)，并且还容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数显技术，使显示结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的。不仅保证了读数的客观 性与准确性，还符合人们的读数习惯，能够缩短

14、读数和记录的时间。新型数字万用表在数显的基础上增加了显示各种标志符的功能，便于读数，又对操作人员 给予明显提示。 显示位数2 显示位数通常为2 1/2位8 1/2位.具体讲，有2 1/2位、3位、3 1/2位、3 2/3位、3 3/4位、4位、4 1/2位、4 3/4位、5位、5 1/2位、6位、6 1/2位、7 1/2位、8 1/2位共14种。国外最近 位数字仪表。位和10 1/2还推出了8 3/4定数字仪表的位数有两条原则：能显示从09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字位分子，用满量程时最高位数字为分母.例如，某数字仪表的最大显示值为19999，满量程计数值为20

15、000,这表明该仪表有4个整数位，而分数位的分子为1，分 。或14 1/2位，读作四位半，其最高位只能显示0母为2，故为 准确度高3 字电压表的准确度是测量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，也反映测量误差的大小。一般讲准确度愈高，测量误差愈小，反之亦然。 准确度的公式有三种表述方式： （a%RDG+b%FS）准确度 RDG+n个字）准确度（a 个字） a%RDG+b（FS+n准确度式中，RDG为读数值（即显示值），FS表示满度值。括号中前一项代表A/D转换器和功能转换器的综合误差，后一项是由于数字化处理而带来的误差。式中，n是量化误差，反映在末位数字上的变化量。若把

16、n个字的误差折合成满量程的百分数，即变成式，式比较特 位万用表将使用式来表示准确度。4 3/4殊，应用面较窄。 分辨力高4 数字万用表在最低电压量程末位1个字所对应的电压值，称作仪表的分辨力。它反映出仪 。的最高分辨力为10V位的表灵敏度的高低。4 3/4DVM 测量范围宽、扩展能力强5 测量速度快、输入阻抗高6 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。单位为“次/s”，主要取决于A/D转换器的转换速率。4 3/4位DVM的测量速率一般在10次/s。字电压表具有很高的阻抗，通常 。10000M10M为 集成度高，微功耗7 抗干扰能力强8 数字万用表设计背景1.2 在本节中主要介绍了

17、系统的设计原则和总体方案及系统概述等。 数字万用表的设计目的和意义1.2.1 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。 数字万用表的设计依据1.2.2 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

18、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。 数字万用表设计重点解决的问题1.2.3 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

19、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。 万用表发展趋势1.3 90年代以来，数字万用表正处于蓬勃发展的新时期,突出表现在新技术不断涌现,新工艺被广 新产品层出不穷。,泛采用 广泛采用新技术，不断开发新产品1 电子技术的进步，往往预示着数字万用表研制水平的新突破，近年来，各项新技术愈来愈 普遍采用，并且迅速转化为生产力。 广泛采用新工艺2 新一代的数字万用表正朝着标准模块化的方向发展。电子模块又称为电子功能组件，简称模块。它是采用微电子技术和微型电子元器件，按插件组装成一体，能完成某一种特定的功能的商品化部件。现在，数字万用表的单元电路已基本上被标准化，通用

20、化，系统化的模块取 代。 单片大规模和超大规模集成电路的采用3 转换器A/D5 1/2 带微处理器的单片位1） 集成电路DMM4 3/4位专配微处理器的2） 产品的应用 ASIC3） AX133/134是美国最大集成电路公司最新研制的专配微处理器的DMM芯片。它们配上4 位智能数字万用表。位或4 3/43 3/4位微处理器位或8位或16,即可构成具有高性价比的 计算机模块化仪器与虚拟仪器的发展4 安全性能的提高5 数字万用表总体设计方案2 数字万用表的基本原理2.1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 。2-1万用表的基本组成见图LE晶动（小数点模数转

21、换，译码驱基准电IREF转量程分档电阻（ 过压过流保护 直流换） 电阻量测被 输入 交流 分压器（量程转换）变换器交流直流 电流电压 整流，（放大， 分流器（量程转换）过压过流保护 滤波） 数字万用表的基本组成图2-1 下面我们分别介绍各个部分的组成： 转换与数字显示电路模数(A/D)1 。指针式仪表可以直接对模模拟信号)大小)连续变化的所谓模拟量(常见的物理量都是幅值转换成数字信通常是电压信号)拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(大()(如存储、传输、打印、运算等。数字信号与模拟信号不同，其幅值号，再进行显示和处理，则数字信号的大)为量化的“”。若最小量化单位(量化台阶小

22、)是不连续的。这种情况被称为是的整数倍，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，需小一定是 后由数码管或液晶屏显示出来。)经过数码变换(译码的多少倍，并把结果四舍五入取为是比较，看，我们把被测电压=0.1mV U 与U 例如，设。最常1/1000=0.1%)量化误差(即可满足测量精度要求N 1000 。一般情况下，)二进制N (整数132)(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U 的大小。如：U 是 (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