【正文】 案 7 圖 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 )。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。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。并且能深入的說明萬用表的測量原理。 9）．集成度高，微功耗 新型數(shù)字萬用表普遍采用 CMOS 大規(guī)模集成電路的 A/D 轉(zhuǎn)換器，整機(jī)功耗很低， 3位半， 4 位半手持式數(shù)字萬用表的整機(jī)功耗僅幾十毫瓦，可用 9V 疊層電 池供電。一般數(shù)字萬用表的測量速率為 2~5 次 /秒。 6）．測量范圍寬 數(shù)字萬用表可滿足常規(guī)電子測量的需要。 4）．分辨力高 數(shù)字萬用表在最低電壓量程上末位 1 個(gè)字所代表的電壓 值，稱作儀表的分辨力，宏觀世界反映了儀表靈敏度的高低。 2）．顯示位數(shù) 數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為 3 位半到 8 位半。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、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 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 AT89S52 單片機(jī)作為主控芯片，配以RC 上電復(fù)位電路和 震蕩電路，顯示芯片用 TEC6122，驅(qū)動(dòng) 8 位數(shù)碼管顯示。傳統(tǒng)的指針式萬用表功能單精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片的數(shù)字萬用表，精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展尾強(qiáng)、集成方便，目前，由各種單片機(jī)芯片構(gòu)成的數(shù)字電萬用表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。 3）．準(zhǔn)確度高 準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。智能數(shù)字萬用表的測量范圍更寬。有的能達(dá)到 20 次 /秒以上，另有的一些比這個(gè)還要高得多。 10）．保護(hù)功能完善，抗干擾能力強(qiáng) 數(shù)字萬用表具有比較完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)，新型數(shù)字萬用表還增加了高壓保護(hù)器件，能防止浪涌電壓。能直觀的了解萬用表各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和測試原則。 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。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。指針式儀表可以直接對模擬電壓、電流進(jìn)行顯示。若最小量化單位 (量化臺階 )為 ? ，則數(shù)字信號的大小一定是 ? 的整數(shù)倍，該整數(shù)可以用 二進(jìn)制數(shù)碼表示。最常見的數(shù)字表頭的最大示數(shù)為 1999，被稱為三位半 ( 132 )數(shù)字表。 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。 圖 分壓電路原理 圖 多量程分壓器原理 由于 rr2，所以分壓比為 21200 rr rUUi ?? 擴(kuò)展后的量程為 02 210 Ur rrUi ?? 多量程分壓器原理電路見圖 ， 5檔量程的分壓比分別為 、 、 和 ，對應(yīng)的量程 分別為 2021V 、 200V 、 20V 、 2V 和 200mV 。 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。 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。 圖 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 5R )( ???? ms IUR 再計(jì)算下一檔的 4R )( ?????? RIUR m 依次可計(jì)算出 5R 、 2R 和 1R 。一旦輸入電壓大于 ，二極管立即導(dǎo)通，兩端電壓被限制住 (小于 )，保護(hù)儀表不被損壞。 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圖 實(shí)用分流器電路 圖 ACDC 變換器原理簡圖 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 總體設(shè)計(jì)方案 11 為 700V (有效值 )。所以，當(dāng) 0XRR? 時(shí)，表頭將顯示“ 1000”，當(dāng)? 時(shí)顯示“ 500”，這稱為比例讀數(shù)特性。當(dāng) XR變化時(shí)，顯示值相應(yīng)變化，可以從 ? 測到? 。 數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖 10。即 T 只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作， 1R 和 T 都能恢復(fù)正常。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)測量量超出量程范圍時(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。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯電平。在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。對 P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平 將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。如果需要，通過將地址 為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1”， ALE 操作將無效。 PSEN:外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 Flash 編程―并行模式： AT89S52 帶有用作編程的片上 Flash 存儲器陣列。可采用下列步驟對 AT89S52 編程： 1．在地址線上輸入編程單元地址信號 2．在數(shù)據(jù)線上輸入正確的數(shù)據(jù) 3．激活相應(yīng)的控制信號 4．把 EA/Vpp 升至 12V 5．每給 Flash 寫入一個(gè)字節(jié)或程序加密位時(shí)，都要給 ALE/PROG 一次脈沖。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （ 2）． 引腳結(jié)構(gòu) 圖 ADC0809 引腳結(jié)構(gòu)圖 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 壓范圍是 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。通道選擇表如下表所示。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。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號線。 （ 3）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 TEC6122 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(dòng)電路是全定制專用集成電路。 位掃描信號接― S1，― S2，??，― S8 順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復(fù)。 表 字符段碼表 字形 A B C D E F G DP 16 進(jìn)制代碼 （無小數(shù)點(diǎn)） 16 進(jìn)制代碼 （有小數(shù)點(diǎn)） 0 1111 1100 FCH FDH 1 0110 0000 60H 61H 2 1101 1010 DAH DBH 3 1111 0010 F2H F3H 4 0110 0110 66H 67H 5 1011 0110 B6H B7H 6 1011 1110 BEH BFH 7 1110 0000 E0H E1H 8 1111 1110 FEH FFH 9 1111 0110 F6H F7H A 1110 1110 EEH EFH B 0011 1110 3EH 3FH C 1001 1100 9CH 9CH D 0111 1010 7AH 7BH E 1001 1110 9EH 9FH F 1000 1110 8EH 8FH P 1100 1110 CEH CFH H 0110 1110 6EH 6FH 不顯示 0000 0000 00H 01H 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 總體設(shè)計(jì)方案 22 （ 4）邏輯簡要說明 SO A B C D E F G DP O E N O S C－ S1－ S2－ S3－ S4－ S5－ S6－ S7－ S8L C PS C PSIV C C ( + 5 V )T E C 6 1 2 2T E C 6 1 2 2 管腳配置圖－ S1－ S2－ S3－ S4－ S5－ S6－ S7－ S8T E C 6 1 2 2 位掃描波形圖低電平數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 高電平數(shù)據(jù)穩(wěn)定允許數(shù)據(jù)變化 上升沿?cái)?shù)據(jù)右移一位低電平數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 高電平數(shù)據(jù)穩(wěn)定允許數(shù)據(jù)變化 上升沿?cái)?shù)據(jù)右移一位T E C 6 1 2 2 數(shù)據(jù)移位時(shí)序圖SIS C P 圖 TEC6122 邏輯圖 加電自清電路： 片內(nèi)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”。― 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)）。 A 是高位，最后送入。依次地 ,S8 送第 8 位（千萬位） A8， B8，??， DP8，段碼顯示。輸入數(shù)據(jù)由微處理器（計(jì)算機(jī)）程序給出。 SO 接下一個(gè) TEC6122 電路的 SI，可擴(kuò)展 N個(gè) TEC6122 電路。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﹚。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 的二種使用方法同 LCP。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。 R 做在電路內(nèi)部， OSC 外接電容約 470PF 到 GND（地）構(gòu)成 R 70pFC301000pFC29100pFC6200R407805U478059V~220V+5V 圖 電源電路 在圖 的電路里穩(wěn)壓器 7805 的壓降是 ，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 ，由此得 R=U/I=()V/6mA=200 歐姆 二、輸入端 圖 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。 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東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 總體設(shè)計(jì)方案 26 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。具體的實(shí)現(xiàn)過程是單片機(jī) 腳輸出高電平，使得 Q1 導(dǎo)通。 、 、 、 作為 ADC0809 的控制線。 十一、量程選擇控制電路 圖 物理量量程選擇電路 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。 、 、 、 作為 ADC0809的控制線。 東華理工學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 3. 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。 由于內(nèi)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(dòng)換檔 .自動(dòng)保護(hù)等 .但使用較復(fù)雜 ).損壞后一般也不易修復(fù) 。 （ 2）、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。 （ 5）、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。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成 離不開老師的幫助的。同時(shí)感謝母校對我四年來的教育和