【正文】 本設(shè)計的原來要求是 4 位數(shù)碼顯示，但考慮到芯片 TEC6122 是驅(qū)動 8 位數(shù)碼顯示的，所以上面圖中數(shù)碼管 TYP2不接上也是滿足設(shè)計要求的，接上去只是滿足芯片的 8 位驅(qū)動。采用 4 合 1 數(shù)碼管，減少 PCB 表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。實際顯示的電壓值 (D/256*VREF) 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計方案 29 圖 310 ADC0809 轉(zhuǎn)換電路 八 報警部分 當(dāng)檢測到被測量超出預(yù)定的值蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計方案 26 數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法 一 電源部分 由于高壓交流電會對弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而電池之類的電源又存在維護不方便和電壓電流衰減等的缺點，所以本次設(shè)計采用外部穩(wěn)壓電源供電，這里選用普通 12V 500MA 輸出的交流穩(wěn)壓電源輸入，該電池容量大，電壓衰減影響比較小，輸出穩(wěn)定，電路如下圖。微處理器的任務(wù)是把要顯示的數(shù)據(jù)移入 8X8 bit 串行移位寄存器，然后打入 8X8 bit 數(shù)據(jù)鎖存器，后面就由― S1∽― S8 控制顯示。 OEN：輸出允許信號，高電平有效。 LCP：把 8X8 bit 串行移位寄存器中的數(shù)鎖存到 8X8 bit 段數(shù)據(jù)鎖存器打入脈沖，高電平有效。段碼 A， B，C， D， E， F， G， DP 輸出受 OEN 控制， OEN=1，允許輸出。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計方案 24 圖 33 TEC6122 邏輯圖 8X8bit 串行移位寄存器： 8X8bit 串行移位寄存器 SI 為數(shù)據(jù)輸入， SO 為數(shù)據(jù)輸出， SCP 為移位 脈沖。― S1 顯示第一位（個位），― S2 顯示第二位（十位），依次地― S8 顯示第八位（千萬位）。 （ 4） 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 OE 為輸出 允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN有效。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL門電流。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 低功耗的閑置和掉電模式 4K字節(jié)可編程 FLASH存儲器 (壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ) 同時 R1隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使 T 的擊穿電流不超過允許范圍。當(dāng) RX=100Ω時，表頭就會顯示出 Ω。調(diào)整該電位器可使數(shù)字表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。圖 26 中的分流器在實際使用中有一個缺點，就是當(dāng)換檔開關(guān)接觸不良時，被測電路的電壓可能使數(shù)字表頭過載，所以，實際數(shù)字萬用表的直流電流檔電路為圖 27 所示。 圖 24 使用分壓電路 00 101054321 54 ?????? ? MKrrrrr rr 其余各檔的分壓比可同樣算出。這樣的數(shù)字表頭， 再加上電壓極性判別顯示電路， 就可以測量顯示 ～ 的電壓，顯示精度為 。這種情況被稱為是“量化的”?，F(xiàn)在，數(shù)字萬用表的單元電路已基本上被標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系統(tǒng)化的模塊取代。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 單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、報警部分、 AD 轉(zhuǎn)換和控制部分組成。 4 3/4 位 DVM 的測量速率一般在 10 次 /s。 ② 式中，n 是量化誤差，反映在末位數(shù)字上的變化量。 3 準(zhǔn)確度高 字電壓表的準(zhǔn)確度是 測量中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。數(shù)字萬用表主要有一下特點： 1 顯示清晰，直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確 傳統(tǒng)的模擬式萬用表必須借助于 指針和刻度來進行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免地會引入認(rèn)為的測量誤差 (例如視差 )，并且還容易造成視覺疲勞。 本設(shè)計采用美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的 MAX134 為核心芯片，配上 INTEL 公司推出的8 位微處理機 MCS8051，控制鍵盤的輸入和數(shù)碼管的輸出，實現(xiàn)電阻 /交流電壓 /直流電壓 /交－直流電流等的測量，測電壓或電阻時還可自動轉(zhuǎn)換量程。現(xiàn)在，單片機外圍電路正朝著單片集成化、數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能、微功耗、高可靠性的方向發(fā)展。程序每執(zhí)行周期耗時縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實時性。 本文全面、深入、系統(tǒng)地介紹了 4 3/4 位智能數(shù)字萬用表的系統(tǒng)設(shè)計與研究。單片機與單片系統(tǒng)、智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信等高新技術(shù)的融合，必將成為 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟增長點。 傳統(tǒng)的模擬式萬用表已有很久的發(fā)展歷史，雖然不斷改進與完善，仍無法滿足現(xiàn)代電子測量的需要。數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使顯示結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也反映測量誤差的大小。若把 n個字的誤差折合成滿量程的百分?jǐn)?shù)，即變成式 ① ， ③ 式比較特殊，應(yīng)用面較窄。字 電壓表具有很高的阻抗，通常為 10MΩ ～ 10000MΩ 。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。 3 單片大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的采用 1） 帶微處理 器的單片 5 1/2 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 2） 專配微處理器的 4 3/4 位 DMM集成電路 3） ASIC產(chǎn)品的應(yīng)用 AX133/134 是美國最大集成電路公司最新研制的專配微處理器的 DMM 芯片。若最小量化單位 (量化臺階 )為Δ，則 數(shù)字信號的大小一定是Δ的整數(shù)倍，該整數(shù)可以用二進制數(shù)碼表示。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。實際設(shè)計時是根據(jù)各檔的分壓比和總電阻來確定各分壓電阻的。圖 27 中各檔分流電阻的阻值是 這樣計算的：先計算最大電流檔的分流電阻 5R Ω)(50 ???ms IUR 再計算下一檔的 4R ）（ 54m04 ????? 依次可計算出 5R 、 2R 、 1R 。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為 700V (有效值 )。當(dāng) RX變化時，顯示值相應(yīng)變化，可以從 。即 T 只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作， R1和 T都能恢復(fù)正常。 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 2 管腳說明： VCC：供電電壓。在 FLASH編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。當(dāng) P3口寫入“ 1”后， 它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 （ 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。要顯示的段碼 A， B，??，DP 是由 S1∽ S8 依次分別選通送出， S1 送 A1， B1，??， DP1，顯個位，其它位不顯示。送入串行移位寄存器中的數(shù)是 A， B，??， DP 段數(shù)據(jù)，不是BCD 碼數(shù)據(jù)。 OEN=0，禁止輸出， A， B，C， D， E， F， G， DP 為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。打入數(shù)據(jù)鎖存器的目的是上一個數(shù)據(jù)的顯示和下一個數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備（移位）可同時進行。 OEN=1，允許位掃描信號一 S1∽一 S8 輸出，允許段 A， B，??， DP 輸出。振蕩電路是一個 R 圖 34 電源電路 在圖 34 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 35 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)保險絲，這樣做是為了起到保護作用 ,防止過壓過流而燒壞元器件后面接 2 個二極管。具體的實現(xiàn)過程是單片機 腳輸出高電平，使得 Q1 導(dǎo)通。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計方案 31 十一 量程選擇控制電路 通過 8255 的控制與傳輸，使單片機就檢測到所測量的物理量及其量程。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 系統(tǒng)軟件與流程圖 33 4 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)計等。顯示芯片根據(jù) 顯示程序顯示內(nèi)容。 十 顯示電路 圖 313 顯示電路 采 用 SPI 總線 LED 驅(qū)動器 TEC6122 驅(qū)動 8 位數(shù)碼管，使得整個系統(tǒng)響應(yīng)時間最快，顯示精度更高。 七 ADC 部分 由于 ADC0809 的參考電壓 VREF＝ VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實現(xiàn)四級量程的直流電壓測量，其量程范圍是 2v ,20v,200v 和 測量，其量程范圍是 2v ,20v,200v 和 ，其量程范圍是 2mA ,20mA,200mA 和 ，其量程范圍是 2k ,20k,200k和 2M.，并且有超出量程的情況發(fā)生時，蜂鳴器發(fā)聲報警。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。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。 SO 接下一個 TEC6122 電路的 SI，可擴展N個 TEC6122 電路。依次地 ,S8 送第 8 位（千萬位） A8， B8，??， DP8，段碼顯示。― 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)）。位掃描信號接― S1，―S2，??，― S8 順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復(fù)。 （ 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通 道的地址到 A， B， C 端口上。當(dāng) EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 圖 32 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 2 引腳結(jié)構(gòu) 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。在閑置模式下， CPU停止工作。 3 振蕩器特性： XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在 FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P1口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 可編程串行通道 8031 CPU與 MCS51 兼容 當(dāng)誤測高電壓時，晶體管 T 發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。如對200Ω檔，取 R01=100，小數(shù)點定在十位上。該ACDC 變換器主要由集成運算放大器、整流二極管、 RC 濾波器等組成，還包含一個能調(diào)整輸出電 壓高低的電位器，用來對交流電壓檔進行校準(zhǔn)之用。 多量程分流器原理電路見圖 26。所以，實際數(shù)字萬用表的直流電壓檔電路為圖 24 所示，它能在不降低輸入阻抗的情況下，達(dá)到同樣的分壓效果。如： U 是Δ ( )的 1234 倍，即 N =1234，顯示結(jié)果為(mV )。數(shù)字信號與模擬信號不同，其幅值 (大小 )是不連續(xù)的。它是采用