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基于单片机的数字万用表设计 课程设计.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.86M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘 要
    Abstract
    绪 论
    1. 数字万用表设计背景
    1.1数字万用表的设计目的和意义
    1.2 数字万用表的设计依据
    1.3数字万用表设计重点解决的问题
    2 数字万用表总体设计方案
    2.1数字万用表的基本原理
    2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图
    2.3硬件电路设计方案及选用芯片介绍
    2.3.1 设计方案
    2.3.2 芯片选择及功能简介
    2.4数字万用表的硬件设计
    2.4.1分模块详述系统各部分的实现方法
    2.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图
    2.4.3 电路的工作过程描述
    3. 系统软件与流程图
    3.1 电路功能模块
    3.2系统总流程图
    3.3物理量采集处理流程：
    3.4电压测量过程流程图：
    3.5电流的测量过程流程图：
    3.6电阻的测量过程流程图：
    3.7电容测量过程流程图：
    结 论
    致 谢
    参考文献
    毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目：基于单片机的数字万用表设计 英文题目：THE DESIGN OF DIGITAL MULTITESTER BASED ON MONOLITHIC INTEGRATED CIRCUIT 学生姓名 学 号 指导老师 职称 专 业 i
    摘要 摘 要 本次设计用单片机芯片 AT89s52 设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压 值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、 基准电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换 和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了 AD0809 数据转换芯片，单片机系统设计采用 AT89S52 单片机作为主控芯片，配以 RC 上电复位电路和 11.0592MHZ 震荡电路，显示芯片用 TEC6122，驱动 8 位数码管 显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 关键词 数字万用表 AT89S52 单片机 AD 转换与控制 i
    Abstract Abstract This design is design a digital universal meter with chip AT89s52 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89S52 one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses TEC6122, urge 8 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of procedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system. Keyword: Digital universal meter controls AT89S52 one-chip computer AD changes and ii
    ) 目 录 目 录 摘 要 ................................................................. i Abstract .............................................................. ii 绪 论 ................................................................. 4 1. 数字万用表设计背景 .................................................. 6 1.1 数字万用表的设计目的和意义.............................................................................. 6 1.2 数字万用表的设计依据......................................................................................... 6 1.3 数字万用表设计重点解决的问题.......................................................................... 6 2 数字万用表总体设计方案 ............................................... 6 2.1 数字万用表的基本原理.......................................................................................... 6 2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图...........................................................12 2.3 硬件电路设计方案及选用芯片介绍.................................................................... 13 2.3.1 设计方案..................................................................................................... 13 2.3.2 芯片选择及功能简介................................................................................. 14 2.4 数字万用表的硬件设计........................................................................................ 24 2.4.1 分模块详述系统各部分的实现方法.......................................................... 24 2.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图........................................................... 29 2.4.3 电路的工作过程描述................................................................................. 29 3. 系统软件与流程图 ................................................... 30 3.1 电路功能模块....................................................................................................... 30 3.2 系统总流程图........................................................................................................ 30 3.3 物理量采集处理流程 ............................................. 32 3.4 电压测量过程流程图 ............................................. 32 3.5 电流的测量过程流程图 ........................................... 34 3.6 电阻的测量过程流程图 ........................................... 35 3.7 电容测量过程流程图........................................................................................... 36 结 论 ................................................................ 37 致 谢 ................................................................ 38 参考文献 .............................................................. 39 3
    绪 论 数字万用表亦称数字多用表,简称 DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测 量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统 的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片的数字万用表， 精度高、抗干扰能力强，可扩展尾强、集成方便，目前，由各种单片机芯片构成的数 字电万用表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能 化测量领域，显示出强大的生命力。 数字万用表具有以下几点特点： 1）．显示清晰直观，计数准确 为了提高观察的清晰度，新型的手持式数字用用表（HDMM）已普遍采用字高为 26mm 的大屏幕 LCD（液晶显示器）。有些数字万用表还增加了背光源，以便于夜间观察读 数。 2）．显示位数 数字万用表的显示位数通常为 3 位半到 8 位半。 3）．准确度高 准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程 度，也反映了测量误差的大小，准确度愈高，测量误差愈小。数字万用表的准确度远 优于指针万用表。 4）．分辨力高 数字万用表在最低电压量程上末位 1 个字所代表的电压值，称作仪表的分辨力，宏观 世界反映了仪表灵敏度的高低。分辨力随显示位数的增加而提高。 5）．测试功能强 数字万用表不公可以测量直流电压（DCV）、交流电压（ACV）、直流电流（DCA）、 交流电流（ACA）、电阻（Ω）、二极管正向压降（Uf）、等等。新型数字万用表大多 增加了下述测试功能：读数保持（HOLD）、逻辑（LOGIC）测试等等。 6）．测量范围宽 数字万用表可满足常规电子测量的需要。智能数字万用表的测量范围更宽。 7）．测量速率快 数字万用表在每秒钟内对被测电压的测量次数叫测量速率，单位是“次/秒”。它主要 取决于 A/D 转换器的转换速率。一般数字万用表的测量速率为 2~5 次/秒。有的能达 到 20 次/秒以上，另有的一些比这个还要高得多。数字万用表可满足不同用户对测量 速率的需要。 8）．输入阻抗高 数字万用表电压挡具有很高的输入阻抗，通常为 10~10000MΩ，从被测电路上吸取 4
    的电流小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的测量误差。 9）．集成度高，微功耗 新型数字万用表普遍采用 CMOS 大规模集成电路的 A/D 转换器，整机功耗很低，3 位半，4 位半手持式数字万用表的整机功耗仅几十毫瓦，可用 9V 叠层电池供电。 10）．保护功能完善，抗干扰能力强 数字万用表具有比较完善的保护电路，过载能力强，新型数字万用表还增加了高压保 护器件，能防止浪涌电压。 本设计就是基于这个基础设计一个基于单片机的数字万用表。该设备具有直观简单的 优点。并且能深入的说明万用表的测量原理。能直观的了解万用表各个部分的结构和 测试原则。 5
    总 体 设 计 方 案 1. 数字万用表设计背景 在本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及系统概述等。 1.1 数字万用表的设计目的和意义 数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量， 已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域， 示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及 非电量的测量技术提高到崭新水平。 1.2 数字万用表的设计依据 根据数字万用表的原理，结合以下的设计要求：“设计一个数字万用表，能够测 量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现多级量程的直流电压 测量，其量程范围是 200mv、2v ,20v,200v 和 500v.实现多级量程的交流电压测量，其 量程范围是 200mv、2v ,20v,200v 和 500v.实现多级量程的直流电流测量，其量程范围 是 2mA ，20mA，200mA、2A 和 20A.实现多级量程的电阻测量，其量程范围是 200、 2k ,20k,200k 和 2M。”以及电容测量电路。由此设想出以下的解决方法，即数字万用 表的系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系 统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整 体精度得以保障。 1.3 数字万用表设计重点解决的问题 本设计重点要解决的问题是对不同量程的各种测量内容的转换，还有就是各部分 电路组合成一个完整的数字万用表，而难点解决的问题就是程序的设计，要保正其可 行性从而保证设计的正确性。 2 数字万用表总体设计方案 2.1 数字万用表的基本原理 数字万用表的最基本功能是能够测量交直流电压，交直流电流，还有能够测量电 阻，数字万用表的基本组成见图 2.1。 6
    图 2.1 数字万用表的基本组成 下面我们分别介绍各个部分的组成： 1）、模数(A/D)转换与数字显示电路 常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直 接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信 号)转换成数字信号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。 数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。这种情况被称为是“量化的”。 若最小量化单位(量化台阶)为  ，则数字信号的大小一定是  的整数倍，该整数可以 用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换(译码)后 由数码管或液晶屏显示出来。 例如，设  =0.1 mV ，我们把被测电压U 与  比较，看U 是  的多少倍，并把结果四 舍五入取为整数 N (二进制)。一般情况下，N ≥1000 即可满足测量精度要求(量化误 13 2 )数字 差≤1/1000=0.1%)。最常见的数字表头的最大示数为 1999，被称为三位半( 表。 对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以 mV 为单位的被测电 压U 的大小。如：U 是  (0.1 mV )的 1234 倍，即 N =1234，显示结果为 123.4( mV )。 这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示-199.9～199.9 mV 的电压，显示精度为 0.1 mV 。 由上可见，数字测量仪表的核心是模数(A/D)转换、译码显示电路。A/D 转换一般又 可分为量化、编码两个步骤。 2) 、多量程数字电压表原理 7
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