【正文】 位數(shù)字萬用表。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?，F(xiàn)在 3 3/4 位便攜式數(shù)字萬用表和 4 1/2 位便攜式數(shù)字萬用表已經(jīng)成為主流；臺(tái)式萬用表的發(fā)展速度更快，已經(jīng)有幾家公司推出單片集成方案，使臺(tái)式萬用表的性能更高、功能更強(qiáng)，價(jià)格更加合理。 定數(shù) 字儀表的位數(shù)有兩條原則： ① 能顯示從 0~9 所有數(shù)字的位是整數(shù)位； ② 分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字位分子，用滿量程時(shí)最高位數(shù)字為分母 .例如，某數(shù)字儀表的最大顯示值為 177。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 6 5 測量范圍寬、擴(kuò)展能力強(qiáng) 6 測量速度快、輸入阻抗高 數(shù)字萬用表在每秒鐘內(nèi)對被測電壓的測量次數(shù)叫測量速率。電子模塊又稱為電子功能組件，簡稱模塊。對上述情況，我們把小數(shù)點(diǎn)定在最末位之前，顯示出來的就是以 mV 為單位的被測電壓 U 的大小。如圖 25，由于 r ? R，取樣電阻 R 上的電壓降為 RIU ii ? Ui R1 9M R2 900K R3 90K R4 9K R5 1K 2021V 2V 20V 200V 動(dòng) 片 2 數(shù)字電壓表頭 IN+ IN 200mV 200mV 例如：其中 200V 檔的分 壓 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 11 即被測電流 RUI ii ? 圖 25 電流測量原理 圖 26 多量程分流器電路 若數(shù)字表頭的電壓量程為 U0，欲使電流檔量程為 I0，則該檔的取樣電阻 (也稱分流電阻 )為 00 IUR? 如 0U =200mV ，則 0I =200mA 檔的分流電阻為 R=1Ω 。因此，我們只要選取不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻并適當(dāng)?shù)貙π?shù)點(diǎn)進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測量檔。 圖 211. 總體電路設(shè)計(jì)原理圖 復(fù)位電路 震蕩電路 ADC輸入 89c51 被測量顯示 超限報(bào)警 ADC 使能控 制 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 16 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬 件電路設(shè)計(jì)方案 17 3 選用芯片介紹 及硬件電路設(shè)計(jì)方案 芯片選擇及功能簡介 AT89c51 芯片功能特性描述 AT89c51 引腳框圖： 1 40 Vcc 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 RST/Vpd 9 32 RXD 10 31 EA/Vpp（內(nèi) 1/外 0 程序 選擇） TXD 11 30 ALE/P （地址鎖存輸出） INT0 12 29 PSEN （外部程序讀選通輸出） INT1 13 28 T0 14 27 T1 15 26 WR 16 25 RD 17 24 X2 18 23 X1 19 22 GND 20 21 圖 31 AT89c51芯片引腳圖 1 主要特性： 在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （ 2） 初始化時(shí)，使 ST 和 OE 信號全為低電平。― S1∽―S8 是開路輸出， LED 是這它的負(fù) 載。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬 件電路設(shè)計(jì)方案 25 SO： 8X8bit 串行移位寄存器數(shù)據(jù)輸出。 OSC：振蕩電路輸入端。 六 交直流處理電路 圖 39 交直流處理電路 通過該電路達(dá)到控制交直流的目的，并且通過調(diào)節(jié)可變電阻又可以有效地減少電壓的損耗。 ADC0809 將測量的量轉(zhuǎn)換成 單片機(jī)能識(shí)別的量之后由所給程序控制輸出，再送到顯示芯片顯示。 圖 314 物理量量程選擇電路 十二 開關(guān)電路 圖 315 開關(guān)電路 如上圖，類似于常用的萬用表開關(guān)，可以根據(jù)需要手動(dòng)轉(zhuǎn)換測量量的量程，根據(jù)所需要測量的量選擇合適的量程。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬 件電路設(shè)計(jì)方案 27 三 分流電阻 圖 36 分流電阻電路 如上圖 ，使用有一定規(guī)律的 R8~R12 電阻組合構(gòu)成精密的電阻分流器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電流的目的，即 20A 的電流一律衰減到 實(shí)際的電流值。 OEN=0，一 S1∽一 S8 為高阻狀態(tài)（三態(tài)）， A， B，??，DP 為高組狀態(tài)（三態(tài)）。 5 引腳信號及功能說明： SI：串行數(shù)據(jù)輸入。同樣地 S8 送出 A8， B8，??， DP8，顯千萬位，其它位不 顯示，這就是位掃描共陰極 LED 顯示原理。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬 件電路設(shè)計(jì)方案 20 ADC0809 介紹 ADC0809 是 帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 GND：接地。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 13 圖 27 實(shí)用分流器電路 圖 28 ACDC 變換器原理簡 圖 29 電阻測量 Ii BX D1 D2 動(dòng) 片 2 200uA 2mA 20mA 200mA 200mA 900 90 9 R1 R2 R3 R4 R5 Ui IN+ IN 數(shù)字電 壓表頭 ZD R0 R5 VREF+ VREF IN+ IN UREF UIN A／ D 轉(zhuǎn)換 及 數(shù) 字 表頭 直流電壓輸出 交流電壓校準(zhǔn)你 交流電壓輸入 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 14 6 6 電容測量原理 電容測量是根據(jù)電容充電原理 其充電電壓與時(shí)間成一定的指數(shù)關(guān)系。 5 電阻測量原理 數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量法，其原理電路見圖 29。如先確定 MRRRRR 10R 54321 ??????總 再計(jì)算 2021V 檔的電阻 5R = 總R =1K 再逐檔計(jì)算 4R 、 5R 、 2R 、 1R 。但為了能直觀地讀出信號大小的數(shù)值，需經(jīng)過數(shù)碼變換 (譯碼 )后由數(shù)碼管或液晶屏顯示出來。 數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問題 本設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問題是對不同量程的各種測量內(nèi)容的轉(zhuǎn)換，還有就是各部分電路組合成一個(gè)完整的數(shù)字萬用表，而難點(diǎn)解決的問題就是程序的設(shè)計(jì)，要保正其可行性從而保證設(shè)計(jì)的正確性 。 4 3/4 位萬用表將使用 ② 式來表示準(zhǔn)確度。不僅保證了讀數(shù)的客觀性與準(zhǔn)確性，還符合人們的讀數(shù)習(xí)慣，能夠縮短讀數(shù)和記錄的時(shí)間。計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件在測量技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，使智能儀器在測量的準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用功能方面或在解決測量技術(shù)問題的深度及廣度方面有了巨大的發(fā)展。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 AT89S51 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。 近年來，我國對智能儀器的研究，無論在生產(chǎn)、科研等方面都取得了很大的進(jìn)展，但是由于我國發(fā)展起步晚，我國現(xiàn)在所用的測量工具都基本上是 3 1/2 位的數(shù)字表，它的準(zhǔn)確度都不是很高，而我們這次設(shè)計(jì)的 4 3/4 位數(shù)字萬用表在精確度上提高了一個(gè)檔次，性能更優(yōu)越。19999 ，滿量程計(jì)數(shù)值為 20210,這表明該儀表有 4 個(gè)整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子為 1，分母為 2，故為 4 1/2 位，讀作四位半，其最高位只能顯示 0或 1。