数字万用表的课程设计

课程名称: 数字万用表的设计

专业：电子信息工程

班级：0

学号：

姓名：

指导教师：

目录

1 、设计任务 (3)

1.1设计目的 (3)

1.2设计指标及要求 (3)

2、设计思路与总体框图 (3)

3、系统硬件电路的设计 (4)

3.1主控芯片 (4)

3.2模数转换部分 (4)

3.3 电阻测量输入电路 (6)

3.4电压测量输入电路 (7)

3、5电流输入测量电路 (9)

3.6 自锁开关 (10)

4、软件设计 (10)

4.1主程序设计 (10)

4.2 A/D转换子模块 (11)

5、系统调试 (11)

5.1硬件调试 (11)

5.2 硬件故障 (11)

5.3硬件调试方法 (12)

5.4软件调试 (12)

5.5软件故障 (12)

5.6软件调试方法 (12)

6 实验数据处理 (12)

6.1实验数据 (12)

6.2实验数据分析 (13)

7总结与体会 (13)

7.1总结 (14)

7.2体会 (14)

8 参考文献 (14)

9 附录——程序 (14)

1、设计任务

1．1设计目的

采用A/D转换器ADC0804和STC89C51单片机，设计一台数字多用表，能进行电压、电流和电阻的测量，测量结果通过LCD液晶显示器显示，通过按键进行测量功能转换。

1．2设计指标及要求

电压测量范围0~20V，测量误差约为 0.05V，电流测量范围1~200mA，测量误差约为

±0.5mA，电阻测量范围0~1000Ω，测量误差约为±2Ω。

2、设计思路与总体框图

1.方案选择

用单片机STC89C51与ADC0804设计一个数字万用表，配合分流电阻、分压电阻、基准电阻可以测量直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现各级量程的直流电压测量，其量程范围为0—20（V）。实现不同量程的直流电流测量，其量程范围为0—200（mA）。实现不同量程的电阻测量，其量程范围为0—1000（Ω）。

ADC0804是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。首先，利用P1 口数据地址复用，将地址通过P1口输入到单片机中。然后，充分利用单片机强大的运算转化功能将其转成适当的二进制信号控制数显以确保正确的显示被测量的读数。

2.总体框图

图一：总体框图

3、系统硬件电路的设计

3.1主控芯片

本电压表采用STC89C52为主控芯片，电路如下图所接：

3.2模拟转换部分

该电压表采用的ADC0804，此芯片优点是并行输出，速率快，缺点是只有8位，精度不高。下来ADC0804芯片图：

单片机的P2.0 ~P2.2引脚通过一个转换开关接地，通过判断P2.0 ~P2..2引脚电平的高低，决定是否进行电阻测量、电压测量或电流测量。为了方便，将数字地和模拟地都直接接到了一起，DB0~DB7为并行输出口，CS，RD，WR为控制芯片模数转换及读取芯片数据和写数据的引脚，ADC0804可以自己产生时钟，只要在CLKR和CLKIN端接入电阻（10K）和电容（理论为150pf本人接的220pf），可产生脉冲信号。VREF为参考电压端，VIN+和VIN－为电压输入端。当电压加在VIN+和VIN－端时，在DB0~DB7可输出八位到单片机，本处参考电压为5V，则当输入电压U时，输出数据为temp，则U/temp=5/255.

3.3数字多用表电阻输入电路

图-二

图-二所示为数字多用表的电阻测量输入电路。运算放大器的反馈电阻Rx作为待测电阻，通过1K电阻R10接到5V电源上，那么放大器的输出电压Rv=5*Rx/(Rp+R15+R0+Rx)，将Rv送给ADC0804，转换后得到数字量为Dv=Rv*255/5。单片机读取A/D转换数据，再经过逆向运算可得Rx=Dv*(R1p+R0+R15)/[(5-Dv)*255]，注意此时得到的Rx是二进制数，需要转化成十进制数后才能送给1602显示，程序中采取用4字节无符号除法，连续进行4次除以10的除法，依次取得4位数值，并且电阻测量范围只保证在0～1KΩ范围内误差不超过2Ω，如果要测量其他电阻，则需该改Rp 的值。

3.4数字多用表的电压测量输入电路

图-四

图-四所示为数字多用表的交流电压测量输入电路，ACV量程为0～12V待测电压经交流电压测量图过低通滤波器滤除干扰，再经过同向放大器送给ADC0804，电压测量输入范围0～12Ｖ，ADC084的分辨率为8位，测量误差为12/255=0.05V。D5为整流管，D4起保护作用。R24、C6组成平滑滤波器。C5、C4为隔直电容。Uout=Uac(有效值)

图-五

直流电压测量图

图-五直流电压测量电路。DCV量程为0～12V。Uout=R8*U/(R7+R8+R11),所以，U=(R7+R8+R11)* Uout/R8。

R7和R8为分压电阻，大小都为10M。R11为匹配电阻，保证等值分压。R13为限流电阻，大小为1M。

3.5数字万用表的电流测量输入电路

图-六

电流测量电路图

图-六是数字万用表电流测量输入电路。电流测量范围为1-200mA，因为ADC0804是电压转化器，必须将电压才能进行测量，这可以通过串接电阻RP来实现，注意RP必须很小(如0.1Ω)，否则营销电流数值，由于待测电流和RL都很小，RL两端的电压也很小，必须将其放大到ADC0804能够分辨的范围之内。R12为限流电阻，大小为1M。D2，D3