基于单片机的数字万用表设计

基于STC12c5a40s2单片机的数字万用表的设计

摘要: 文章介绍一种基于STC12c5a40s2单片机的数字万用表,根据数据采集的工作原理以及模块操作思想,设计实现数字万用表,将所测量的数值通过液晶12232进行显示。该万用表的主控芯片STC12c5a40s2有内置10位A/D转换器,这样减少了外围模块的数量,使这款万用表具有精度高,性价比高,使用方便等特点。在传统万用表的基础上，该万用表还增加了频率测量和电容电感测量，使它更加具有实用性。

关键词: 数字万用表单片机菜单功能多模块检测

电子科学技术日益发展,电子测量也变的越来越普遍,并且对测量的精度和功能的要求也越来越高，所以数字万用表就成为一种必不可少的测量仪器。这款数字万用表采用单片机作为测量仪器的主控制器,具有菜单功能，通过菜单进行功能切换。在测量电压时，具有自动换挡功能，使读数更加准确，而且能够输出频率、波形以及峰值，这是传统万用表无法比拟的特点。

1、硬件设计

数字万用表采用STC12c5a40s2为主处理器,系统主要由信号采集、功能切换电路、功能检测子模块电路、LCD显示等几个模块组成。该系统供电部分主要由7805芯片构成。时钟电路采用12M 赫兹的晶振为主控制芯片提供系统工作时钟。功能切换电路由CD4066与按钮构成，通过单片机一个内置AD通道进行键盘扫描，减少了I/O口的使用，大大节约了单片机片上资源。

当信号进入系统时，通过按钮控制CD4066模拟开关，进行菜单切换，选择需要检测的内容。进入测量电压部分时，通过另一个CD4066模拟开关进行自动换挡，当检测到电压过小时，先通过OP27对较小电压进行放大，再重新进入单片机。运用自动换挡，提高了电压数据准确性。测量交流电时，电压值的测量跟上述一样，而且还增加了测量内容，通过频率计程序检测交流电的频率，使万用表的功能更加齐全。利用NE5532的反相器制作电流转电压电路，把电流转化成

电压检测，同样经过模拟开关自动换挡，精确度高。运用OP07产生5V电压，提供给电阻测量模块，将电阻测量转化成电压测量，同样经过模拟开关自动换挡。把电流与电阻的测量转化成电压测量，简化了测量思想，大大节省了程序空间，提高了运行效率。通过典型的“三点式振荡”电路把电感测量转化成频率测量，只要通过频率计程序算出频率，就可以计算出电感值；通过充电方法将电容测量转化成时间的测量，而时间就是频率的倒数，所以测量方法与测量电感一样。

显示部分采用LCD12232显示器。LCD12232显示器内含中文字库，可以输出中文字，设置中文界面，方便使用者阅读。通过程序设计菜单系统，按钮切换工作界面，使人机交流更加方便。

2、软件设计

软件程序主要包括: 菜单界面程序和子功能模块程序。整体系统可以完成数值采集、换挡、转换、计算、存储、显示。菜单界面程序主要进行功能切换，方便人机交流。子程序模块分为直流电压、交流电压、电流、电阻、电容、电感、电路通断检测。在交流电模块中，包含峰值、频率、平均值，功能齐全。

特色程序：

1、AD键盘扫描，只用一个AD通道进行键盘扫描，大大节约I/O口；

2、中文菜单界面程序，将每一项功能设计成子菜单，大大方便了人机交流；

3、自动换挡程序，AD通道检测电压，通过程序控制换挡，使输入电压分

成4个档次，分别通过程序减少误差，确保输出数据的精度。

3、工作流程图：

4、结语

本设计方案采用了高性能单片机,其丰富的片内资源,使得外围扩张器件少,体积小,成本较低,便于集成。经过试验,本文所设计的数字电压表很好地实现了整个样机的功能,各项指标均达到了预先的设计要求。电路工作稳定,可视化界面显示也正常。

参考文献

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[2]全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

[3]康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社,2008.

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