【正文】 LD模塊在本設(shè)計中，采用總線控制方法，所有的測量和顯示模塊都在CPLD的控制下分時工作。在此，我們選擇精密整流電路對輸入交流信號進(jìn)行整流。 測頻模塊在交流信號測量中，需要對交流信號進(jìn)行整流，將交流信號變?yōu)橹绷鳎贸銎溆行е担俜诺诫妷簻y量模塊中進(jìn)行測量。 電阻測量模塊在此電路中，被測信號經(jīng)過兩級由74LS90組成的10進(jìn)制計數(shù)器，得到10分頻和100分頻的兩路信號，選擇合適的頻率進(jìn)行輸入到單片機(jī)中，在單片機(jī)內(nèi)部采用等精度測頻原理對輸入信號進(jìn)行準(zhǔn)確測頻。 電容測量模塊 測電阻模塊在電阻測量中，將被測電阻作為反饋電阻接入到運(yùn)放TL084中，輸入電壓為穩(wěn)壓管LM336經(jīng)分壓得到的精準(zhǔn)電壓1V,輸出OM=Rx/R,OM可以通過ICL7135測出，R為可控已知參數(shù)，同樣也能算出Rx的大小。當(dāng)R值比較小時，可以測量較大的電容，當(dāng)R值比較大時，可以測量比較小的電容。此電路中Rtc1為1kΩ,f即Cin可以通過單片機(jī)測出，R為可控已知參數(shù)，這樣就能測量出C的的大小。同時，為防止輸入AD電壓過大，我們在電壓模塊輸出即AD輸入端加上兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管限壓。 LCD1602接口 電壓采集模塊在此電路中，為實現(xiàn)不同檔位電壓測量，我們采用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)對輸入電壓進(jìn)行分壓，將電壓衰減至原電壓的1倍，10倍，100倍，1000倍，通過繼電器選擇分壓網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)，實現(xiàn)對2V,20V，200V,1000V電壓的測量。當(dāng)RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。D0到D7為雙向數(shù)據(jù)口，RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。 增益通道選擇電路 電流測量模塊 LCD顯示設(shè)計本設(shè)計我們采用LCD1602顯示電壓值。R=R6時，放大倍數(shù)為10倍，R=R7時，放大倍數(shù)為100倍，R=R8時，放大倍數(shù)為1000倍。該電路三個放大倍數(shù)可選擇10倍，100倍，1000倍。該電路前級采用同相放大器，可獲得很高的輸入阻抗，后級采用差動放大器可獲得較高的共模抑制比，增強(qiáng)電路的抗干擾能力。芯片第11（TIN1）、10（TIN2）腳分別和單片機(jī)的11（TXD）腳、10（RXD）： MAX232接口電路 儀用放大儀用放大器是一種高性能的放大器。數(shù)字電源是由經(jīng)變壓器變壓和電橋整流電容濾波后再由三端穩(wěn)壓器7805轉(zhuǎn)換為+5V的數(shù)字電源，為系統(tǒng)數(shù)字部分提供電源。在PCB設(shè)計是要采用一點(diǎn)接地的方式，能有效消除電源的干擾。本次設(shè)計中，引腳CLOCK和BUSY分別接單片機(jī)的14腳（T0）和12腳（INT0）,參考電壓為5V穩(wěn)壓管分壓所得。ICL7135是雙積分型的AD，因有積分器的存在，積分器的輸出只對輸入信號的平均值有所響應(yīng)，所以，它突出優(yōu)點(diǎn)是工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)。 ICL7135 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊設(shè)計本次設(shè)計要使用A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行采樣，A/D轉(zhuǎn)換器是要將時間和幅值都連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間、幅值都離散的數(shù)字量，一般要經(jīng)過取樣、保持和量化、編碼幾個過程。選擇MAX232芯片實現(xiàn)TTL電平與EIA電平的轉(zhuǎn)換，通過RS232傳輸線可以與PC機(jī)實現(xiàn)串行通訊。由于單片機(jī)的電平邏輯是TTL/CMOS電平邏輯, MAX232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。時鐘電路選擇的晶振為12MHz。綜上述，我們選用方案二來實現(xiàn)數(shù)字萬用表設(shè)計。方案二采用51單片實現(xiàn)，控制靈活，可以很便捷地實現(xiàn)七個電參數(shù)的測量，且量程的切換不用手動就可以進(jìn)行，真正實現(xiàn)自動化測量。被測物理量通道和功能選擇CPLD放大器A/D轉(zhuǎn)換MCURS232串口通信上位機(jī)LCD 方案論證與選擇方案一成本很低，是目前市場上一種成熟的3位半數(shù)字萬用表方案。測量精度在于各個測量模塊方案優(yōu)劣。 方案一框圖方案二：采用單片機(jī)控制，自動切換量程，LCD顯示。電容模塊分頻Ω/V變換儀用放大精密整流ICL7135電壓衰減CPLD51單片機(jī)電源電壓電阻電容測頻信號IV變換電流：方案一：采用數(shù)字萬用表集成芯片ICL7135，對輸入模擬量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后，直接輸出BCD碼在LED上顯示，接口簡單。需要控制的開關(guān)量很多，如果采用單一的單片機(jī)IO進(jìn)行操作，存在IO口不夠和控制復(fù)雜等問題，我們采用總線控制方法，在CPLD總構(gòu)建總線控制器，所有模塊在CPLD的控制下協(xié)調(diào)工作，能夠有序得實現(xiàn)對七個電參量的準(zhǔn)確測量。通過I/V變換將電流轉(zhuǎn)換為電壓，如果電壓為交流，我們需要對之進(jìn)行精密整流，使之變?yōu)榭蓽y的直流電壓，直流電壓進(jìn)入ICL7135即可實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，這樣實現(xiàn)了對交直流電壓電流的測量；通過555多諧振蕩器產(chǎn)生于C對應(yīng)的頻率，進(jìn)入單片機(jī)測頻，即可實現(xiàn)對頻率及電容的測量。將測控技術(shù)的發(fā)展成果應(yīng)用到萬用表的設(shè)計過程中，對傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)以及功能強(qiáng)大的MCU運(yùn)用到萬用表的機(jī)械功能/量程的選擇上，研制出在國際上具有先進(jìn)水平的新一代高智能化的數(shù)字化萬用表具有里程碑的意義，它將很大程度的提高我國在儀表制造業(yè)方面的國際影響力和數(shù)字化萬用表在國際市場的競爭力具有重大的意義。又由于其價格低廉，是實驗室、工廠、無線電愛好者及家庭的理想工具。在日常電測試中應(yīng)用廣泛，特別是數(shù)字萬用表在實驗室及維修中發(fā)揮著重要的作用。基于單片機(jī)和CPLD的數(shù)字萬用表畢業(yè)論文目 錄1 前 言 12 總體方案設(shè)計 2： 2 方案論證與選擇 33單元模塊設(shè)計 5 5 單片機(jī)系統(tǒng)模塊設(shè)計 5 ICL7135 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊設(shè)計 6 電源模塊設(shè)計 7 串口通訊接口設(shè)計 8 儀用放大 8 LCD顯示設(shè)計 10 電壓采集模塊 11 測電容模塊 12 測電阻模塊 13 14 14 CPLD模塊 15 特殊器件介紹 16 AT89C52單片機(jī) 16 ICL7135雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 18 TL084放大器 19 MAX232 20 異步計數(shù)器（74ls90） 214軟件設(shè)計 234..1 Labview上位機(jī) 23 24 單片機(jī)程序流程圖 25 子程序設(shè)計 27 ICL7135A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 27 電阻測量模塊程序流程圖 2電流測量模塊程序流程圖 29 30 LCD1602液晶顯示子程序設(shè)計 31 上位機(jī)串口程序流程圖 325系統(tǒng)調(diào)試 33 33 33 數(shù)字電路調(diào)試 33 ICL7135轉(zhuǎn)換電路調(diào)試 34 TL084放大電路調(diào)試 34 測電阻模塊調(diào)試 34 測頻模塊調(diào)試 34 精密整流模塊調(diào)試 34 軟件測試結(jié)果 35 36 37 電參數(shù)測試數(shù)據(jù) 376結(jié)論 397總結(jié)與體會 408謝辭 419 參考文獻(xiàn) 42附錄1：原理總圖 43附錄2：CPLD頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計 44附錄3：軟件設(shè)計 45附錄4:翻譯資料 6321 前 言數(shù)字萬用表是一種將所測的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量顯示的測量儀器，其由液晶顯示板或LED數(shù)碼管顯示所測量物理量大小的數(shù)字化儀表。萬用表作為一種基本的測量儀表，可用來測量直流電壓和交流電壓、直流電流、電阻、二極管、通斷測試等參數(shù)。特別是便攜式數(shù)字萬用表，由于其使用方便，攜帶讀數(shù)方便，在工業(yè)自動化現(xiàn)場故障排除，電器維修，設(shè)備檢修中發(fā)揮著重要作用。隨著電子技術(shù)尤其是檢測和計算機(jī)控制技術(shù)的飛躍發(fā)展，為提高數(shù)字化萬用表的自動化水平提供了可能，用測量功能自動識別的數(shù)字萬用表代替手動操作的萬用表成為必然的趨勢。2 總體方案設(shè)計在本設(shè)計中，要實現(xiàn)電阻，電容，電壓，電流頻率的測量，我們采用模塊化測量設(shè)計。利用精密運(yùn)放對標(biāo)準(zhǔn)電壓放大，被測電阻為反饋電阻，通過測量輸出電壓即可實現(xiàn)對電阻的測量；在本設(shè)計中，我們需要電壓測量模塊，電流測量模塊，頻率測量模塊，電容測量模塊等多個功能模塊進(jìn)行選擇，同時根據(jù)需要切換量程。在部分調(diào)試完成后，對程序進(jìn)行很小改動就可以實現(xiàn)整機(jī)功能，實現(xiàn)方案的快速設(shè)計。整個電路手動切換量程，被測量。由于系統(tǒng)是在單片機(jī)的控制下工作，可以很容易實現(xiàn)儀表的自校準(zhǔn)。同時高精度元件也可以很好地提高測量精度。利用一塊集成芯片即可實現(xiàn)電壓電流以及電阻的測量，如果還要加其他功能，需要添加其他的數(shù)字芯片。同時，單片機(jī)還帶有串口通信模塊，可與上位機(jī)進(jìn)行通信，將被測參數(shù)等返回到上位機(jī)機(jī)中，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測量，變成一種可程控儀器。3單元模塊設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)模塊設(shè)計在單片機(jī)系統(tǒng)電路中，包括復(fù)位電路，時鐘電路，LCD1602顯示電路，MAX232電平轉(zhuǎn)換電路，ISP下載電路。LCD1602可以顯示16*2個字符，用于顯示的處理后的電壓、電流、電阻、電容、頻率值等。該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA232F電平。LCD1602是自帶字符庫的LCD液晶顯示器，可以顯示16*2個字符，此電路中由P0、P2口控制讀寫的數(shù)據(jù)，由CPLD構(gòu)成的總線控制控制器控制LCD讀寫。 模擬電流信號經(jīng)過儀用放大后，輸出電壓足夠大，信號可以被ICL7135組成的A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而可以被MCU的后續(xù)電路處理。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度普遍不高(通常每秒轉(zhuǎn)換幾次到幾百次),但是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換精度高,廉價,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在速度要求不高的實際工程中使用廣泛。 ICL7135A/D轉(zhuǎn)換器 電源模塊設(shè)計在電池電量測量系統(tǒng)中，TLC084為正負(fù)9V供電，單片機(jī)、DS18B液晶為5V供電，ICL7135為5V供電，所以在系統(tǒng)中需要四個電源，考慮到數(shù)字部分與模擬部分的干擾，我們需要設(shè)計兩個電源，一個模擬對系統(tǒng)的模擬部分供電，一個數(shù)字電源負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的數(shù)字部分提供電源。本模擬電源在變壓器變壓、電橋整流和電容濾波后由三端穩(wěn)壓器7807909將電源先轉(zhuǎn)換為9V和+9V的電源，然后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器7807905轉(zhuǎn)換為5V和+5V，為系統(tǒng)模擬部分提供電源。 串口通訊接口設(shè)計　 將PC程序通過串口下載到STC單片機(jī)上，需要將正負(fù)12V的電平轉(zhuǎn)換到0到5V的TTL電平，這樣單片機(jī)才能和PC進(jìn)行正常通信。其對稱性結(jié)構(gòu)可同時滿足對放大器的抗共模干擾能、輸入阻抗、閉環(huán)增益的時間和溫度穩(wěn)定性等不同的性能要求。在本電路中，有三個增益通道，根據(jù)對輸入信號的處理要求，我們可以通過模擬開關(guān)CD4066選擇不同的增益。放大倍數(shù)計算公式為：K=（1+（R9+R10）/R）*R13/R11 式31式中，R分別為RRR8，當(dāng)選擇不同的放大倍數(shù)時，R所對應(yīng)的值不同。在本次設(shè)計中，選用Tl084芯片作為儀用放大器。LCD1302可以顯示16*2個字符，第三腳V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”。1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令。RW為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。繼電器用三極管9014驅(qū)動，由于單片機(jī)上電復(fù)位一腳輸出高電平，為防止繼電器在高電平下誤動作，我們在所有的控制端均加上74HC04反相器，單片機(jī)輸出控制端低電平有效。 電壓測量模塊 測電容模塊在由555組成的多諧振蕩器中，輸出頻率f≈(（Rtc1+R）*C))。通過控制接入R+與R端的電阻大小，我們可以實現(xiàn)對C測量的量程切換。輸出的頻率過大的話，先輸入測頻模塊，進(jìn)行分頻后在測量其頻率，測量效果更準(zhǔn)確。當(dāng)被測電阻阻值較小時，可以控制電子開關(guān)接入較小的電阻，當(dāng)被測阻值大時，可以接入較大的電阻。同樣，被測頻率的量程選擇由電子開關(guān)CD4066完成。所以，在對交流信號進(jìn)行整流時，要考慮到整流不能有太大的壓降，普通的橋式全波整流不能滿足測量要求。通過單片機(jī)對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出交流信號的有效值。在CPLD中實現(xiàn)數(shù)字鎖存，檔位選擇，測量參數(shù)選擇。為滿足單片處理大量數(shù)據(jù)的需要，在CPLD外掛IS62C256芯片，可以存儲4KB的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行CPLD設(shè)計時，我們采用自頂向下的設(shè)計方法，通過調(diào)用開發(fā)壞境中的宏模塊，能夠大大減輕設(shè)計的工作量。 CPLD管腳分配原理圖 特殊器件介紹 AT89C52單片機(jī)AT89C52是51系列單片機(jī)的一個型號，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。 AT89C52是使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80S51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容，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。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得80C52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。另外，80C52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。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 10 .11腳: RXD串口輸入 TXD串口輸出。 14,15 : 計數(shù)脈沖T0 T1。 18,19: 晶振諧振器。 30: ALE/PROG 地址鎖存器。 32～39: ～(注意此接口的順序與其他I/O接口不同