基于单片机的数字万用表设计

题目：基于单片机的数字万用表设计

院系: 机电工程系

专业: 机电一体化

学号:

姓名:

指导教师:

完成日期:

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

)目录

目录

摘要 (ii)

Abstract ............................................... 错误!未定义书签。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)

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

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。

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。