數(shù)字萬用表畢業(yè)設(shè)計7

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計用單片機芯片AT89s52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(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。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

2、，單片機系統(tǒng)設(shè)計采用AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，顯示芯片用TEC6122，驅(qū)動8位數(shù)碼管顯示。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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字萬用表；AT89S52單片機；AD轉(zhuǎn)換與控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p

3、>　　緒 論1</p><p>　　一、 數(shù)字萬用表設(shè)計背景3</p><p>　?。ㄒ唬?shù)字萬用表的設(shè)計目的和意義3</p><p>　?。ǘ?數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)3</p><p>　　二、 數(shù)字萬用表總體設(shè)計方案4</p><p>　?。ㄒ唬?shù)字萬用表的基本原理4</p>

4、<p>　?。ǘ?shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖4</p><p>　?。ㄈ┯布娐吩O(shè)計方案及選用芯片介紹5</p><p>　?。ㄋ模?shù)字萬用表的硬件設(shè)計18</p><p>　　三、 系統(tǒng)軟件與流程圖27</p><p>　?。ㄒ唬╇娐饭δ苣K27</p><p>　　（二）系統(tǒng)總流程

5、圖27</p><p>　?。ㄈ┪锢砹坎杉幚砹鞒?9</p><p>　?。ㄋ模╇妷簻y量過程流程圖30</p><p>　　（五）電流的測量過程流程圖31</p><p>　?。╇娮璧臏y量過程流程圖32</p><p>　?。ㄆ撸╇娙轀y量過程流程圖33</p><p>　　結(jié)

6、 論34</p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p>　　致 謝36</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表,簡稱DMM(Digtial Multimeter)。它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連

7、續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式萬用表功能單精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片的數(shù)字萬用表，精度高、抗干擾能力強，可擴展尾強、集成方便，目前，由各種單片機芯片構(gòu)成的數(shù)字電萬用表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。數(shù)字萬用表具有以下幾點特點：</p><p>　　1．顯示清晰直觀，計數(shù)準(zhǔn)確</p>

8、<p>　　為了提高觀察的清晰度，新型的手持式數(shù)字用用表（HDMM）已普遍采用字高為26mm的大屏幕LCD（液晶顯示器）。有些數(shù)字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀察讀數(shù)。</p><p><b>　　2．顯示位數(shù)</b></p><p>　　數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3位半到8位半。</p><p><b>　　3．準(zhǔn)確

9、度高</b></p><p>　　準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測量誤差愈小。數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度遠優(yōu)于指針萬用表。</p><p><b>　　4．分辨力高</b></p><p>　　數(shù)字萬用表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱作儀表的分辨

10、力，宏觀世界反映了儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。</p><p><b>　　5．測試功能強</b></p><p>　　數(shù)字萬用表不公可以測量直流電壓（DCV）、交流電壓（ACV）、直流電流（DCA）、交流電流（ACA）、電阻（Ω）、二極管正向壓降（Uf）、等等。新型數(shù)字萬用表大多增加了下述測試功能：讀數(shù)保持（HOLD）、邏輯（LOGIC）測試等等

11、。</p><p><b>　　6．測量范圍寬</b></p><p>　　數(shù)字萬用表可滿足常規(guī)電子測量的需要。智能數(shù)字萬用表的測量范圍更寬。</p><p><b>　　7．測量速率快</b></p><p>　　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，單位是“次/秒”。它主要取決于A

12、/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般數(shù)字萬用表的測量速率為2～5次/秒。有的能達到20次/秒以上，另有的一些比這個還要高得多。數(shù)字萬用表可滿足不同用戶對測量速率的需要。</p><p><b>　　8．輸入阻抗高</b></p><p>　　數(shù)字萬用表電壓擋具有很高的輸入阻抗，通常為10~10000MΩ，從被測電路上吸取的電流小，不會影響被測信號源的工作狀態(tài)，能減小由信號源內(nèi)阻

13、引起的測量誤差。</p><p>　　9．集成度高，微功耗</p><p>　　新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器，整機功耗很低，3位半，4位半手持式數(shù)字萬用表的整機功耗僅幾十毫瓦，可用9V疊層電池供電。</p><p>　　10．保護功能完善，抗干擾能力強</p><p>　　數(shù)字萬用表具有比較完善的保護電路，過載能

14、力強，新型數(shù)字萬用表還增加了高壓保護器件，能防止浪涌電壓。本設(shè)計就是基于這個基礎(chǔ)設(shè)計一個基于單片機的數(shù)字萬用表。該設(shè)備具有直觀簡單的優(yōu)點。并且能深入的說明萬用表的測量原理。能直觀的了解萬用表各個部分的結(jié)構(gòu)和測試原則。</p><p>　　一、 數(shù)字萬用表設(shè)計背景</p><p>　　在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計原則和總體方案及系統(tǒng)概述等。</p><p>　?。ㄒ唬?/p>

15、數(shù)字萬用表的設(shè)計目的和意義</p><p>　　數(shù)字萬用表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量，已被廣泛應(yīng)用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。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。</p><p>　?。ǘ?數(shù)字萬用表的設(shè)計依據(jù)</p><p>

16、;　　根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設(shè)計要求：“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，四位數(shù)碼顯示。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500v。實現(xiàn)多級量程的交流電壓測量，其量程范圍是200mv、2v 、20v、200v和500v。實現(xiàn)多級量程的直流電流測量，其量程范圍是2mA 、20mA、200mA、2A和20A。實現(xiàn)多級量程的電阻測量，其量程范圍是2k

17、、20k、200k和2M?！币约半娙轀y量電路。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。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。</p><p>　　二、 數(shù)字萬用表總體設(shè)計方案</p><p>　?。ㄒ唬?shù)字萬用表的基本原理</p><p>　　數(shù)

18、字萬用表的基本功能是能夠測量交直流電壓，交直流電流，還有能夠測量電阻，數(shù)字萬用表的基本組成見圖2.1。</p><p>　　圖2.1數(shù)字萬用表的基本組成</p><p>　?。ǘ?數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計總體框架圖</p><p>　　如下圖2.2所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、被測量顯示、超限報警、ADC使能控制。復(fù)位電路用來

19、清零，進行下一次的測量；震蕩電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定ADC輸入則是將輸入量進行AD轉(zhuǎn)換；測量顯示就是顯示測量的數(shù)值；超限報警部分則是用作當(dāng)測量量超出量程范圍時發(fā)出警報，以便提醒用戶更改大量程；ADC使能控制則用來對輸入量進行控制，允許輸入或者不允許。</p><p>　　圖2.2 總體電路設(shè)計原理圖</p><p>　　（三）硬件電路設(shè)計方案及選用芯片介紹</p&

20、gt;<p><b>　　1．設(shè)計方案</b></p><p>　　用單片機AT89S52與ADC0809設(shè)計一個數(shù)字萬用表，配合分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻可以測量交、直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位數(shù)碼顯示。實現(xiàn)四級量程的直流電壓測量，其量程范圍是2v 、20v、200v和500v。實現(xiàn)四級量程的交流電壓測量，其量程范圍是2v 、20v、200v和500v。實現(xiàn)四級量程

21、的直流電流測量，其量程范圍是2mA 、20mA、200mA和2A。實現(xiàn)四級量程的電阻測量，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。</p><p>　　2．芯片選擇及功能簡介</p><p>　?。?）AT89S52芯片功能特性描述</p><p>　　AT89S52引腳框圖：</p><

22、p>　　圖2.3 AT89S52芯片引腳圖</p><p>　　AT89S52 主要性能：</p><p>　　1）與MCS-51 單片機產(chǎn)品兼容</p><p>　　2）8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器</p><p>　　3）1000 次擦寫周期</p><p>　　4）全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz

23、</p><p>　　5）三級加密程序存儲器</p><p>　　6）32 個可編程I/O 口線</p><p>　　7）三個16 位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　8）八個中斷源</b></p><p>　　9）全雙工UART 串行通道</p><p>　　1

24、0）低功耗空閑和掉電模式</p><p>　　l 1）掉電后中斷可喚醒</p><p><b>　　l2）看門狗定時器</b></p><p><b>　　13）雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　　l 4）掉電標(biāo)識符</b></p><p>

25、<b>　　方框圖：</b></p><p>　　圖2.4 AT89S52內(nèi)部框圖</p><p><b>　　功能特性描述：</b></p><p>　　AT89S52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Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51

26、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)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AT89S52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。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全

27、雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 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?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p><b>　　VCC：電源</b></p><p><b>

28、　　GND：地</b></p><p>　　P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。</p>

29、<p>　　P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校

30、驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。</p><p>　　表2.1 P1口的第二功能</p><p>　　P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址

31、讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>　　P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P

32、3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。</p><p>　　表2.2 P3口的第二功能</p><p>　　RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平

33、將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。</p><p>　　ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可

34、用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作將無效。這一位置 “1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。</p><p>　　PSEN：外部程序存儲器選通信號（PS

35、EN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。</p><p>　　EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。</p><p>　　在flash編程期間，EA也接

36、收12伏VPP電壓。</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　Flash 編程―并行模式：</p><p>　　AT89S52 帶有用作編程的片上Flash 存儲器陣列。編程接口需要一個高電壓（12V）編程使能信號，并且兼容常

37、規(guī)的第三方Flash 或EPROM 編程器。</p><p>　　AT89S52 程序存儲陣列采用字節(jié)式編程。</p><p>　　（2）ADC0809介紹</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。</p><p>　　1

38、) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) </p><p>　　圖2.5ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。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，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換

39、完的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2) 引腳結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　圖2.6 ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　IN0－IN7：8條模擬量輸入通道 </p><p>　　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

40、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。 </p><p>　　地址輸入和控制線：4條 </p><p>　　ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。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。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。</p

41、><p>　　表2.3 地址輸入線的通道選擇</p><p>　　數(shù)字量輸出及控制線：11條 </p><p>　　ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。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。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

42、轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。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)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。 </p><p>　　CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。 </p><p>　　ADC0809應(yīng)用說明：</p><p>　　a）A

43、DC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。 </p><p>　　b）初始化時，使ST和OE信號全為低電平。 </p><p>　　c）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。 </p><p>　　d）在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。 </p><p>　　e）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來

44、判斷。 </p><p>　　f）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 </p><p>　?。?）TEC6122簡述</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　1) TEC6122共陰極8X8段LED數(shù)碼管（8X8點陣）顯示驅(qū)動電路是全定制專用集成電路。該電路由開機

45、自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動電路、8X8 bit移位寄存器電路、8X8 bit數(shù)據(jù)鎖存器電路、段多路選擇器驅(qū)動電路組成。它可與各種型號的微處理器串行口或并行口interface,專供驅(qū)動8位X8段共陰極LED數(shù)碼管（8X8LED點陣）。</p><p><b>　　2) 特點</b></p><p>　　工作電壓：+4V~+6V</p><p&g

46、t;　　位掃描驅(qū)動電流≥80mA（VDD=+5V）</p><p>　　段掃描驅(qū)動電流≥10mA（VDD=+5V）</p><p>　　可驅(qū)動高彩色LED管</p><p>　　可通過N個TEC6122級聯(lián)實行NX8位LED顯示</p><p>　　管腳間距2.54mm ,標(biāo)準(zhǔn)24pin窄塑封雙列直插封裝</p><p&g

47、t;　　3) 位掃描共陰極LED顯示原理</p><p>　　位掃描共陰極LED顯示原理圖及位掃描波形如附圖。</p><p>　　位掃描信號接―S1，―S2，……，―S8順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復(fù)。―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）。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

48、顯示。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。</p><p>　　表2.4 字符段碼表</p><p><b>　　4) 邏輯簡要說明</b></p><p>　　圖2.7TEC6122邏輯圖</p><p><b>　　加電自清電路：</b&g

49、t;</p><p>　　片內(nèi)加電自清電路使8X8bit段移位寄存器, 8X8Bit段數(shù)據(jù)鎖存器，振蕩時鐘分頻電路清“0”，清“0”期間LED不顯示，開機自清后LED顯示“0”。</p><p>　　振蕩電路，位掃描驅(qū)動電路：</p><p>　　振蕩電路是RC振蕩器,R在電路內(nèi)部，只需外加電容470PF到GND(地)就構(gòu)成RC振蕩器，振蕩脈沖經(jīng)分頻組合成―S1∽―

50、S8位掃描驅(qū)動信號。―S1驅(qū)動第一位(個位）,…… , ―S8驅(qū)動第八位（千萬位）。―S1∽―S8是開路輸出，LED是這它的負(fù)載。―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)）。</p><p>　　8X8bit串行移位寄存器：</p><p>　　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。送入串行移

51、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)。每次送入8bit段碼數(shù)據(jù)A、B、C、D、E、F、G、DP, DP是最低位，最先送入。A是高位，最后送入。移入串行移位寄存器中的段碼數(shù)據(jù)最先進入的是第一位（十進制個位），……，最后進入的是第八位（十進制千萬位），上述這種約定，是用戶編程時必須遵循的。</p><p>　　段數(shù)據(jù)鎖存器，多路選擇器，段驅(qū)動器：</p><p>　　移入

52、8X8 bit串行移位寄存器中的段碼數(shù)據(jù)在LCP打入鎖存器脈沖作用下，鎖存到8X8 bit段數(shù)據(jù)鎖存器。數(shù)據(jù)鎖存器中的段碼經(jīng)多路選擇器，―S1時送第一位（個位）A1,B1,……,DP1，段碼顯示;依次地,S8送第8位（千萬位）A8，B8，……，DP8，段碼顯示。段碼A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP輸出受OEN控制，OEN=1，允許輸出。OEN=0，禁止輸出，A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。</p>&l

53、t;p>　?、菀_信號及功能說明：</p><p>　　SI：串行數(shù)據(jù)輸入。輸入數(shù)據(jù)由微處理器（計算機）程序給出。</p><p>　　SCP：串行移位脈沖。移位脈沖個數(shù)由微處理器（計算機）程序控制。</p><p>　　SO：8X8bit串行移位寄存器數(shù)據(jù)輸出。SO接下一個TEC6122電路的SI，可擴展N個TEC6122電路。</p><

54、;p>　　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。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。同時也可防止數(shù)據(jù)移位過程中顯示數(shù)據(jù)的亂閃爍。實際使用過程中LCP連接有二種方法： </p><p>　　A、通常的辦法是把LCP直接連到TEC6122的電源VDD上（因LCP=1,總選通，數(shù)據(jù)移位太慢，數(shù)據(jù)移位過程被顯示了

55、出來，數(shù)據(jù)可能會亂閃爍）。</p><p>　　B、用一個單片機端口驅(qū)動。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。</p><p>　　多片級連使用時，ＬCP可做片選信號使用。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。</p><p>　　OEN：輸

56、出允許信號，高電平有效。OEN=1，允許位掃描信號一S1∽一S8輸出，允許段A，B，……，DP輸出。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)）。OEN的二種使用方法同LCP。A，B，……。</p><p>　　DP：段輸出信號，開路輸出，LED做負(fù)載。―S1―S8：位掃描驅(qū)動信號，―S1是第一位（十進制個位），―S2是第二位（十進制十位），……， ―S8是第8位（十進制千萬

57、位）。</p><p>　　OSC：振蕩電路輸入端。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。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。振蕩電路是一個R·C振蕩器。R做在電路內(nèi)部，OSC外接電容約470PF到GND（地）構(gòu)成R·C振蕩器。振蕩器只供顯示掃描用，頻率大小要求不是太嚴(yán)格，只

58、要LED顯示不要出現(xiàn)閃爍即可，通常―S1∽―S8頻率為1KHz~2KHz。</p><p>　?。ㄋ模?shù)字萬用表的硬件設(shè)計</p><p>　　1.分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法</p><p><b>　?。?）電源部分</b></p><p>　　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

59、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。</p><p><b>　　圖2.8 電源電路</b></p><p>　　在圖2.8的電路里穩(wěn)壓器7805的壓降是2.5V，偏移電流是6mA，我們需要的電壓是5V，電路提供的電壓是9

60、V，則電阻承擔(dān)的電壓為1.5V，由此得 </p><p>　　R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200歐姆</p><p><b>　?。?）輸入端</b></p><p>　　圖2.9 萬用表正表筆輸入端電路</p><p>　　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

61、元器件后面接2個二極管。</p><p><b>　?。?）分流電阻</b></p><p>　　圖2.10 分流電阻電路</p><p>　　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200MA.通過測量參考電壓經(jīng)過計算得到實際的電流值。</p><

62、p><b>　?。?）分壓電阻</b></p><p>　　圖2.11 分壓電阻電路</p><p>　　如上圖，使用有一定規(guī)律的R2~R6電阻組合構(gòu)成精密的電阻分壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電壓的目的，即0~500V的電壓一律衰減到200mV以下，通過測量參考電壓經(jīng)過計算得到實際的電壓值。</p><p><b>　?。?）基準(zhǔn)電阻&

63、lt;/b></p><p>　　圖2.12 基準(zhǔn)電阻電路</p><p>　　測量電阻與測量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數(shù)字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測量，因此，它比起指針萬用表的電阻測量來具有非常準(zhǔn)確的精度，而且耗電很小，上圖示中所配置的一組電阻就叫“基準(zhǔn)電阻”，就是通過切換各個接點得到不同的基準(zhǔn)電阻值，再由AD0809的參考電壓Vref與被測電阻

64、上得到的電壓V測進行“比例讀數(shù)”，當(dāng)兩者電壓相等時，顯示就是 V測/Vref*500=500 ，按照需要再由AD0809控制轉(zhuǎn)換送AT89C52控制點亮LED屏幕上的小數(shù)點，就可以直接讀出被測電阻的阻值來了。</p><p>　　在產(chǎn)品數(shù)字萬用表中，為了節(jié)省成本和簡化電路，測量電流的分流電阻和測量電壓的分壓電阻以及測量電阻的基準(zhǔn)電阻往往就是同一組電阻。</p><p>　?。?）交直流處理

65、電路</p><p>　　圖2.13 交直流處理電路</p><p>　　通過該電路達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。</p><p><b>　　（7）ADC部分</b></p><p>　　圖2.14 ADC0809轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　由于ADC

66、0809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。實際顯示的電壓值　(D/256*VREF)</p><p><b>　?。?）報警部分</b></p><p>　　圖2.15 報警電路</p><p>　　當(dāng)檢測到被測量超出預(yù)定的值蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲。具體的實現(xiàn)過程是單片機P3.3腳輸出高電平，使得

67、Q1導(dǎo)通。使得LS1對地導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲。</p><p>　　（9）單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　圖2.16 單片機最小系統(tǒng)電路</p><p>　　本次設(shè)計采用ATMEL公司的AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。P0口做為ADC0809的數(shù)據(jù)總線，P2.4、P2.5、P2.6作為顯示芯片

68、的SPI總線輸出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2作為ADC0809的控制線。同時p1.0-p1.7 作為8255的信號輸入端，使單片機能檢測到所測量的物理量和量程。</p><p><b>　　（10）顯示電路</b></p><p><b>　　圖2.17顯示電路</b></p><p>　　采用SPI總線LED

69、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。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。</p><p>　?。?1）量程選擇控制電路</p><p>　　圖2.18 物理量量程選擇電路</p><p>　　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。</p><p><b&

70、gt;　　（12）開關(guān)電路</b></p><p>　　圖2.28 開關(guān)電路</p><p>　　如上圖，類似于常用的萬用表開關(guān)，可以根據(jù)需要手動轉(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。</p><p>　　2．?dāng)?shù)字萬用表控制硬件整體結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　電路原理圖（見附錄一）</p><p

71、>　　3．電路的工作過程描述</p><p>　　此工作當(dāng)然是要求在正確的程序都寫入了各個芯片中才能完成工作，如上圖3.12所示，當(dāng)開關(guān)要測量電壓、電流或者電阻時，則根據(jù)不同的量程需要分別選擇不同的量程開關(guān)，于便得到最準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。AT89s52的P0口做為ADC0809的數(shù)據(jù)總線，P2.4、P2.5、P2.6作為顯示芯片的SPI總線輸出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2作為ADC0809的控制線。

72、ADC0809將測量的量轉(zhuǎn)換成單片機能識別的量之后由所給程序控制輸出，再送到顯示芯片顯示。顯示芯片根據(jù)顯示程序顯示內(nèi)容。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。</p><p>　　三、 系統(tǒng)軟件與流程圖</p><p>　　在系統(tǒng)軟件與流程圖里主要論述了，軟件結(jié)構(gòu)，軟

73、件設(shè)計等。</p><p><b>　　（一）電路功能模塊</b></p><p>　　由總體設(shè)計框圖3.1，本萬用表由以下幾部分功能模塊組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、ADC使能控制、被測量顯示、超限報警、等電路組成。程序中的子程序 功能模塊主要分成3個，延時、ADC轉(zhuǎn)換、和顯示，延時子程序在整個程序中多次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測量都會需要用到的，當(dāng)進行測

74、量時，ADC0809將被測量轉(zhuǎn)換為2進制數(shù)發(fā)給單片機然后單片機根據(jù)軟件協(xié)議送顯示，顯示子程序則包括一個8位字節(jié)的發(fā)送程序和一個TEC6122的驅(qū)動程序。</p><p>　　圖3.1 功能模塊設(shè)計框圖</p><p><b>　　（二）系統(tǒng)總流程圖</b></p><p>　　圖3.2系統(tǒng)總流程圖</p><p>　?。?/p>

75、三）物理量采集處理流程</p><p>　　圖3.3物理量采集處理流程</p><p>　　（四）電壓測量過程流程圖</p><p>　　圖3.4電壓測量流程圖</p><p>　?。ㄎ澹╇娏鞯臏y量過程流程圖</p><p>　　圖3.5電流測量流程圖</p><p>　　（六）電阻的測量過程流

76、程圖</p><p>　　圖3.6電阻測量流程圖</p><p>　?。ㄆ撸╇娙轀y量過程流程圖</p><p>　　圖3.7電容測量流程圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　數(shù)字式萬用表內(nèi)部采用了多種振蕩，放大，分頻，保護等電路所以功能較多，比如可以測量溫度

77、，頻率(在一個較低的范圍)，電容,電感.或做信號發(fā)生器等等。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)多用集成電路所以過載能力較差.(不過現(xiàn)在有些已能自動換檔.自動保護等.但使用較復(fù)雜).損壞后一般也不易修復(fù)。數(shù)字式萬用表輸出電壓較低(通常不超過1伏).對于一些電壓特性特殊的元件的測試不便(如,可控硅,發(fā)光二極管等)，由于數(shù)字萬用表的測量范圍很大，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。本電路的設(shè)計剛比較簡單，不過也有它的優(yōu)點：高精度、低功耗、量程寬、可擴展性強等。</p>

78、<p><b>　　設(shè)計結(jié)果綜述：</b></p><p>　　（1）數(shù)字萬用表完成的功能主要是對電壓、電流、電阻的測量，它主要由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、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。</p><p>　　（2）數(shù)字萬用表屬于一種測量工具，其本身的好壞直接影響到測量結(jié)果，因此上面的設(shè)計只是設(shè)計用來測量電壓電流電阻，

79、其它量的測量則要添加擴展功能。</p><p>　?。?）單片機部分跟AD轉(zhuǎn)換部分是整個設(shè)計的核心，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。實際顯示的電壓值(D/256*VREF)；AT89S52單片機作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。</p><p>　　（4）在本次軟件設(shè)計過程中

80、，采用的是匯編語言。</p><p>　?。?）對于硬件的制作，由于布線麻煩，零件買不到，還有成本太高等原因，做起來復(fù)雜，捍接也很難，以致未能做出實物。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 丁元杰．單片微機原理及應(yīng)用．機械工業(yè)出版社．2005</p><p>　　[2] 張偉，王力．

81、protel2004入門與提高．人民郵電出版社．2005</p><p>　　[3] 常健生．檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)．機械工業(yè)出版社．2000</p><p>　　[4] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社．1998</p><p>　　[5] 童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．高等教育出版社．2001</p><p>　　[6] 李伯成．微型計算機原理

82、與接口技術(shù)．清華大學(xué)出版社．2005</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的努力，畢業(yè)設(shè)計基本完成了。在畢業(yè)設(shè)計的實踐中，學(xué)到很多有用的知識，也積累了寶貴的經(jīng)驗。</p><p>　　在此要特別感謝xx老師，在做設(shè)計期間得到老師的精心指導(dǎo)，她對我們要求非常嚴(yán)格。畢業(yè)設(shè)計的順利完成離不開老師的幫助。

83、同時感謝身邊的同學(xué)，他們?yōu)槲姨峁┝撕芏鄬氋F的資料。在此再一次向他們致以深深的敬意和感謝!</p><p>　　同時由于自己本身對一些知識的掌握不是很深刻，設(shè)計難免會出現(xiàn)一些漏洞，雖然設(shè)計做的不是很完美，但是畢竟這是自己認(rèn)認(rèn)真真做出來的。希望各位老師給予指正。同時感謝母校對我三年來的教育和關(guān)心，在這里我不僅學(xué)到了專業(yè)知識，還學(xué)到了很多做人的道理。使我明確了以后的方向，樹立了良好的價值觀，在這里學(xué)到的一切都使我終身受