【正文】 Keyword: Digital universal meter AT89S51 onechip puter AD changes and controls 河北工程大學畢 業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 3 目 錄 摘 要 ................................................................. i Abstract ........................................................ ii 1. 緒論 ................................................................ 4 數(shù)字萬用表的主要特點 ............................................ 4 數(shù)字萬用表設(shè)計背景 ............................................................................................ 6 數(shù)字萬用表的設(shè)計目的和意義 ................................................................. 6 數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù) ...................................... 6 數(shù)字萬用表的設(shè)計目的和意義 ................................ 6 萬用表發(fā)展趨勢 .................................................. 7 2. 數(shù)字萬用表總體設(shè)計方案 .............................................. 8 數(shù)字萬用表的基本原理 ............................................ 8 數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖 ............................. 15 3. 選用芯片 介紹及硬件電路設(shè)計方案 ..................................... 16 芯片選擇及功能簡介 ............................................. 16 AT89c51 芯片功能特性描述 ................................. 16 ADC0809 介紹 ............................................. 19 TEC6122 簡述 ............................................. 21 設(shè)計方案及數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計 ................................. 24 設(shè)計方案 ................................................. 24 數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計 ..................................... 26 分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法 .................... 26 數(shù)字萬用表控制硬件整體結(jié)構(gòu)圖 ...................... 32 電路的工作過程描述 ................................. 32 4. 系統(tǒng)軟件與流程圖 ................................................... 33 電路功能模塊 ................................................... 33 系統(tǒng)總流程圖 ................................................... 33 物理量采集處理流程 ............................................. 35 電壓測量過程流程圖 ............................................. 36 電流的測量過程流程圖 ........................................... 37 電阻的測量過程流程圖 ........................................... 38 電容測量過程流程圖 ............................................. 39 結(jié) 論 ................................................................ 40 致 謝 ................................................................ 41 參考文獻 .............................................................. 42 附錄 .................................................................. 42 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 4 1 緒論 隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，單片機的功能集成化，智能儀器也發(fā)展到了一個新的階段。整個設(shè)計包括硬件電路設(shè)計及軟件設(shè)計。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由 MAX134外加一些外圍元件構(gòu)成，然后再與單片機 8051相連，驅(qū)動 LED 數(shù)碼顯示。 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。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，單片機系統(tǒng)設(shè)計采用 AT89S51 單片機作為主控芯片，配以 RC 上電復位電路和 震蕩電路，顯示芯片用 TEC6122，驅(qū)動 8 位數(shù)碼管顯示。河北工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 i 摘 要 本次設(shè)計用單片機芯片 AT89C51 設(shè)計一個數(shù)字萬用表，能夠測量交、直流電壓值、直流電流、直流電阻以及電容，四位數(shù)碼顯示。此系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準電阻、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。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。設(shè)計中采用了美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的專配萬用表芯片 MAX134，以及 Intel 公司生產(chǎn)的MCS8051單片機。文章主要介紹了 MAX134 的性能特點、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、數(shù)字接口、輸入輸出數(shù)據(jù)及一些功能和原理。硬件電路設(shè)計包括處理器、外部設(shè)備元件的選擇及電路設(shè)計，而軟件設(shè)計則主要是 實現(xiàn)儀表的各功能的控制 ?，F(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。計算機技術(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確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運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。 數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表（ DMM），其主要特點是顯示直觀、讀數(shù)準確、準確度高、分辨力強、功能完善、性能穩(wěn)定、過載能力強、耗電省、體積小、易于攜帶?，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，使臺式萬用表的性能更高、功能更強，價格更加合理。 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。數(shù)字萬用表自從問世以來，顯示出了強大的生命力，現(xiàn)已成為在電子測量領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種儀表。 數(shù)字萬用表的主要特點 數(shù)字電壓表簡稱 DVM，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)的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 5 通過對 DVM 的擴展，即可形成數(shù)字多用表 DMM(Digital Multimeter)。數(shù)字萬用表主要有一下特點： 1 顯示清晰，直觀，讀數(shù)準確 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為的測量誤差 (例如視差 )，并且還容易造成視覺疲勞。不僅保證了讀數(shù)的客觀性與準確性，還符合人們的讀數(shù)習慣，能夠縮短讀數(shù)和記錄的時間。 2 顯示位數(shù) 顯示位數(shù)通常為 2 1/2 位 ~8 1/2 位 .具體講，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 種。 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 分數(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。 3 準確度高 字電壓表的準確度是測量中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。一般講準確度愈高，測量誤差愈小，反之亦然。 （ a%RDG+b%FS） ① 準確度＝ 177。 （ a%RDG+b％ FS+n 個字） ③ 式 ① 中， RDG 為讀數(shù)值（即顯示值）， FS表示滿度值。 ② 式中，n是量化誤差，反映在末位數(shù)字上的變化量。 4 3/4 位萬用表將使用 ② 式來表示準確度。它反映出儀表靈敏度的高低。 河北工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 6 5 測量范圍寬、擴展能力強 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。 4 3/4 位 DVM 的測量速率一般在 10 次 /s。 7 集成度高，微功耗 8 抗干擾能力強 數(shù)字萬用表設(shè)計背景 在本 節(jié) 中主要介紹了系統(tǒng)的 設(shè)計原則和總體方案及系統(tǒng)概述等。隨著時代科技的進步，數(shù)字萬用表的功能越來越強大，把電量及非電量的測量技術(shù)提高到嶄新水平。實現(xiàn)多級量程的直流電壓測量，其量程范圍是 200mv、 2v ,20v,200v 和 ，其量程范圍是 200mv、 2v ,20v,200v 和 ，其量程范圍是 2mA ， 20mA， 200mA、 2A 和 ，其量程范圍是 200、2k ,20k,200k 和 2M。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。 數(shù)字萬用表設(shè)計重點解決的問題 本設(shè)計重點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完整的數(shù)字萬用表，而難點解決的問題就是程序的設(shè)計，要保正其可行性從而保證設(shè)計的正確性 。 1 廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)品 電子技術(shù)的進步，往往預示著數(shù)字萬用表研制水平的新突破，近年來，各項新技術(shù)愈來愈普遍采 用，并且迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。電子模塊又稱為電子功能組件，簡稱模塊?，F(xiàn)在，數(shù)字萬用表的單元電路已基本上被標準化，通用化，系統(tǒng)化的模塊取代。它們配上 4 位或 8位或 16 位微處理器 ,即可構(gòu)成具有高性價比的 4 3/4 位或 3 3/4 位智能數(shù)字萬用表。 圖 21 數(shù)字萬用表的基本組成 下面我們分別介紹各個部分的組成： 1 模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換