【文章內(nèi)容簡介】 制?。ㄐ∮?），保護儀表不被損壞。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 32 頁 數(shù)字電壓表頭數(shù)字電壓表頭IiBXD 1 D 2劃片0 . 2mA2 mA20 mA0 . 2mA2 mAIN +IN 9009090 . 90 . 1R 1R 2R 3R 4R 5 直流電壓輸出交流電壓輸入直流電壓校準 圖 實用分流器電路 圖 ACDC 交換器原理簡圖 （ 4）交流電壓電流測量處理 數(shù)字萬用 表中交流電壓，交流電流測量電路是在直流電壓、直流電流測量的基礎(chǔ)之上，在分壓器或者分流器后加入了一級交流 — 直流（ AC— DC）變換器，圖 。該AC— DC 變換器的主要組成部分有：集成運算放大器、 RC 濾波器以及整流二極管等組成。它還包括了一個電位器，這個電位器的功能是能夠很好地調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，它可以用來對交流電壓檔進行校準。調(diào)接該電位器可以使數(shù)字表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。與直流電壓檔原理相似，考慮到耐壓和安全方面，我們通常把交流電壓最高檔的限量限定為其有效值，即為 700V。 （ 5）電阻測量原理 在萬用表中，電阻的測量方法是采用比例測量法，它的原理電路圖為圖 。 A / D轉(zhuǎn) 換及數(shù) 字表 頭I N I N +VR E F VR E F +R 0R xUR E FUI N 圖 電阻測量 測量的基準電壓是由穩(wěn)壓管 ZD 提供的，而流過標(biāo)準電阻 R0 和被測電阻 Rx 的電流是基本相等的（數(shù)字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流基本上可以忽略不計）。所以 A/D轉(zhuǎn)換器的參考電壓 URFE 和輸入電壓 UIN 有如下關(guān)系： RRUU XINREF 0? （ ） 即有： RUUR REFINX 0? （ ） 根據(jù)所用的 A/D 轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)字顯示的是 UIN 和 URFE 的比值，當(dāng) UIN 與URFE 相等的時候，則顯示的數(shù)是“ 1000”。當(dāng) URFE=2UIN 時，顯示的數(shù)是“ 500”，由此類推。所以，當(dāng) Rx 與 R0 相等時表頭顯示的數(shù)是“ 1000”。當(dāng) R0=2Rx 時，表頭顯示的 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 32 頁 數(shù)是“ 500”。把此稱作 是比例讀數(shù)特性。因此，只要我們選取不同的標(biāo)準測量電阻并且對小數(shù)點進行適當(dāng)?shù)亩ㄎ?，便可以得到不同的電阻測量檔。如對于 200Ω檔位時，若取 R01=100Ω時，小數(shù)點就定在十位上。如果當(dāng) RX=100Ω時，這時表頭就會顯示出 。當(dāng) RX變化時，顯示值就會作出相應(yīng)的變化，那么就可以從 。有如對 2KΩ檔，取 R02=1KΩ，小數(shù)點就定到了千位上。當(dāng) RX變化時，顯示值就發(fā)生相應(yīng)的變化，可以從 。其余各檔的情況可以以此類推。 在實際應(yīng)用中電阻測量運用的也是分壓分流原 理，根據(jù)相應(yīng)的原理進行分析便可以得到不同量程的電阻測量檔位，由于和前面的分壓原理相似所以在此不做相應(yīng)的介紹。 硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖 如圖 所示，本萬用表由以下幾個部分功能組成：電流測量電路、電壓測量電路、電流測量電路、復(fù)位電路、震蕩電路、 A/D 轉(zhuǎn)換、被測量顯示以及輸入 (ADC)。復(fù)位電路用來清零，進行下一次的測量；振蕩電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定； ADC輸入將是將輸入量進行 A\D 轉(zhuǎn)換；測量顯示就是顯示測量的數(shù)值。 S T C 8 9 C 5 2電 壓 測 量 電 路電 流 測 量 電 路電 阻 測 量 電 路A / D 轉(zhuǎn) 換震 蕩 電 路數(shù) 碼 管 驅(qū) 動 電 路數(shù) 碼 管 顯 示輸 入 （ A D C ） 圖 數(shù)字萬用表硬件電路組成 硬件電路設(shè)計方案及芯片 設(shè)計方案 用單片機 STC89S52 與 ADC0832 設(shè)計一個數(shù)字萬用表，運用電阻的分壓分流，形成電壓測試電路、電流測試電路和電阻測試電路，并且運用四位數(shù)碼顯示。為了設(shè)計簡單和硬件的易于實現(xiàn)以及可操作性，利于滑動變阻器做分壓分流，但是這樣做的后果就是使萬用表的量程變小。那么實現(xiàn)電壓測量的測量范圍是 0~20V，實現(xiàn)電流測量的范圍是 0~200mA，實現(xiàn)電阻測量的范圍是 0~1K。在實際生產(chǎn)工作中這樣的量程顯然是不 能滿足我們的實際需要的，但是在畢業(yè)設(shè)計中為了體現(xiàn)原理和實際操作的可實現(xiàn)性使用本方法。 芯片選擇 主控芯片的選擇及方案對比 方案 1：選用專用電壓轉(zhuǎn)換芯片 INC7107 實現(xiàn)電壓的測量和現(xiàn)實。缺點是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點是價格低廉。 方案 2：選用單片機 AT89S52 和 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832 實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制，用液晶顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結(jié)果。缺點是價格稍貴。優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制?；谡n程設(shè)計的要求，優(yōu)先選用了：方案 2。 顯示部件的選擇 及方案對比 方案 1：選用 4個單體的共陽數(shù)碼管，將 a— h全部連接起來，然后接到單片機口的 I/O 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 32 頁 上進行控制。缺點是焊接時比較麻煩，容易出錯。優(yōu)點是價格比較便宜。 方案 2：選用譯碼芯片 74LS47 和 74LS138配合一個四聯(lián)的共陽數(shù)碼管顯示。缺點是價格較貴，焊接麻煩，單片機控制時比較麻煩。優(yōu)點是有效的節(jié)約了單片機的 I/O口資源，適用于單片機 I/O 口不夠用的情況下。 方案 3：方案三：采用 LCD液晶顯示器顯示。而 LCD液晶顯示則耗能少，能夠顯示萬用表、電壓、電流、電阻等漢字，在顯示方面更加靈活，而且改變顯示時只要改變 軟件設(shè)計就可以，不用改變硬件電路的設(shè)計，易于電路的功能擴展。電路的軟件設(shè)計也很簡單。另外，這種設(shè)計硬件更加簡潔。采用 LCD 液晶顯示方案的缺點是在顯示位數(shù)比較少時，價格略顯昂貴。 基于現(xiàn)有的元器件和設(shè)計應(yīng)用的可操作性，以及以上方案的要求，優(yōu)先選用了：方案 1。 單片機介紹和概述 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 STC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。片上 Flash 允許程序存儲器在 系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 圖 STC89S52 STC89C52 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機器周期為 1T 的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，而且速度快8~12 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D，應(yīng)用于電機控制，抗干擾能力強的場合。 STC89C52 的主要特點： （ 1）機器周期為 1T，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機； （ 2） STC89C52 系列的工作電壓： 5V； （ 3）工作頻率范圍： 0~35MHz； （ 4）片上集成 1280 字節(jié) RAM，用戶應(yīng)用程序空間 60K 字節(jié)； （ 5）無需專用編程器或?qū)Ｓ梅抡嫫?，可通過串口（ 和 ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成； 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 32 頁 （ 6）有 EEPROM 功能用于存儲； （ 7）看門狗； （ 8）四個 16 位定時器； （ 9） 7路外部中斷，下降沿或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的 PCA模塊，Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0（ ）， INT1（ ）， T0（ ）， T1（ ），； （ 10）工作溫度范圍： 40~+85℃ (工業(yè)級 )， 0~75℃ (商業(yè)級 )； （ 11） 8 路 10 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25 萬次 )。 STC89C52 管腳圖如圖 所示。 圖 STC89S52 管腳結(jié)構(gòu) VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng)作為輸出用時，每位能驅(qū)動 8 個TTL 邏輯電平。向 P0 口寫入命令“ 1”時，引腳呈現(xiàn)高阻狀態(tài)輸入。當(dāng)需要訪問數(shù)據(jù)存儲器和外部程序時， P0口也可以復(fù)用為低 8 位的地址 /數(shù)據(jù)線。當(dāng)處于該種模式下時， P0口具有內(nèi)上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個 8 位雙向 I/O 口且其具有內(nèi)上拉電阻，該口能同時驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平 。對 P1 口寫入命令“ 1”時，內(nèi)上拉電阻將端口拉高，即可作為輸入端口來使用。當(dāng)其為輸入口時，外部被拉低的引腳由于內(nèi)阻的原因，將會輸出一定的電流。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的 管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給 出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢， 當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高 八位地址信號和控制信號。 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。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。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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 32 頁 P3口作為 STC89C52 的一些特殊功能口，如表 所示： 表 STC89C52 單片機一些特殊功能 引腳號 備選功能 RXD （串行輸 入口） TXD （串行輸出口） /INT0 （外部中斷 0） /INT1 （外部中斷 1） T0 （記時器 0外部輸入） T1 （記時器 1外部輸入） /WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ADC0832 是 美國國家半導(dǎo)體公司 生產(chǎn)的一種 8 位分辨率 、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用 ADC0832 可使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器 的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。 ADC0832 的主要特點是： （ 1）輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； （ 2） 5V電源供電時輸入電壓在 0~5V之間； （ 3）工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μ S； （ 4）一般功耗僅為 15mW； （ 5） 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； （ 6）商用級芯片溫寬為 0176。 C ~ +70176。 C，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。 C ~ +85176。 C； ADC0832A/D 轉(zhuǎn)換模塊的管腳圖如圖 所示。其各個管腳的功能如下： ADC0832A/D 轉(zhuǎn)換管腳圖 CS_：片選使能，低電平芯片使能。 CH0：模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 32 頁 CH1：模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND：芯片參考 0 電位（地）。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO：數(shù)據(jù)信號輸 出，轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)輸出 。 CLK：芯片時鐘輸入。 Vcc/REF：電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 ADC0832 為 8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達 256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為 數(shù)據(jù)校驗