设计-数字多用仪表的设计.docx

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1、数字多用仪表的设计摘要随着大规模集成电路的发展，最近几十年，单片机发展极为迅速，在测量领域，电子测量仪表也在随之迅速发展，基于单片机开发的测量仪表，测量精准度高而且性价比也极高，广泛应用于工业生产、社会生活的方方面面。本论文设计了一个基于单片机8051的数字多用表，这种数字多用表由A/D转换模块、数据处理模块、显示模块、复位电路模块构成。输入信号输入到A/D转换模块，被转换为能够被单片机识别和处理的信号，之后在数据处理模块被单片机处理，然后处理为可以被显示模块接收的新号，在LED上进行显示。复位电路模块作用是清零，然后进行下一次的测量。本论文设计的数字多用表具有体积小、功耗低、功能多、测量准等

2、优点，是电气测量中的常用仪器之一。它操作十分简单，能用来测量电压、电流、电阻，一表多用。关键词：数字多用表;单片机8OC51;A/D转换器;LED显示ThedesignofdigitalmultimeterAbstractWiththedevelopmentoflarge-scaleintegratedcircuits,inrecentdecades,MCUdevelopmentisveryrapid,inthefieldofmeasurement,electronicmeasuringinstrumentsalsodeveloprapidly.Themeasuringinstrumentba

3、sedonMCUdevelopment,measurementprecisionishighandthepriceisveryhigh.Itiswidelyusedinindustrialproductionandsociallife.Thispaperdesignsadigitalmultimetermeterbasedonsinglechipmicrocomputer8051.ThisdigitalmultimetemeteriscomposedofA/Dconversionmodule,dataprocessingmodule,displaymoduleandresetcircuitmo

4、dule.InputsignalinputtotheA/Dconversionmodule,isconvertedtobemicrocontrolleridentifyanddealwiththesignal.Afterinthedataprocessingmodulebythemonolithicintegratedcircuitprocessing,andprocessingcanbeusedtodisplaymoduletoreceivethenewnumber,intheLEDdisplay.Theresetcircuitmoduleisclearedandthenthenextmea

5、surementisperformed.Thispaperdesignsthedigitalmultimetermeterwithsmallsize,lowpowerconsumption,multimeter-function,andquasimeasurement,andsoon,isoneofthecommonlyusedinstrumentsinelectricalmeasurement.Itisverysimpleoperation,canbeusedtomeasurethevoltage,current,resistance,atablemorethan.Keywords：MCU8

6、051;Digitalmultimeter;A/Dconverter;LEDdisplay1绪论11.1 数字多用表简介11.2 数字多用表设计的目的11.3 设计中重难点内容22数字多用表方案设计22.1 数字多用表工作原理22.2 数字多用表的硬件电路设计总体框架图32.3 数字多用表的硬件电路设计32.3.1 电阻测量电路和电阻测量的原理52.3.2 电压测量电路和电压测量原理82.3.3 电流测量电路和电流测量原理92.3.4 1.ED显示112.3.5 单片机芯片80C51112.3.6 A/D转换器ADC0808132.3.7 锁存器74LS373162.4 数字多用表的软件设计1

7、72.4.1 主程序流程图172.4.2 软件程序182.4.3 物理采样及处理流程183虚拟仿真183.1 虚拟仿真简介183.2 Keiluvision4软件简介183.3 Proteus软件简介193.4 仿真203.5 结果分析204结论21致谢22参考文献23附录251绪论1.1 数字多用表简介数字多用表是电气测量中一种常用的仪器，也叫综合电量表。它将电子技术、电气化技术以及电子测量技术结合在一起，能一表多用，测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻等等，在现代生产生活中都能被广泛运用。数字多用表的作用在于能在生产生活的各个方面产生促进作用，工业生产更是离不开它，而现在正进行

8、的将数字多用表与计算机自动控制系统结合起来的发展研究正如火如荼，这对于数字多用表不仅仅在性能还在于使用的方便都会产生巨大的推动，对于未来数字多用表的发展，我们可以预料到是一片美好。数字多用表有着很多优点，因而被广泛运用。随着集成电路的发展，数字多用表的精度越来越高，而随之而来的是体积的减小和功耗的降低，以及成本的大大降低。相比于其他测量仪表，数字多用表准确度更高，测量范围更宽，测量速率更快，抗干扰能力更强，使用也更加方便快捷。然而，虽然相比于其他测量仪表，数字多用表具有更高的灵敏度和准确度，但仍然有不足的地方，需要改进。如数字多用表的测量是断续的，不能观察到测量数据的变化过程趋势，还有数字多用

9、表不能实现自动化测量，需要手动转换量程，会发生因为错换量程导致测量范围超出量程损坏数字多用表的错误操作，而随着计算机的发展，计算机控制取代手动控制已经成为发展趋势，传统老式数字多用表和先进的计算机控制必将结合起来克服传统老式数字多用表的缺点，实现数字多用表的智能化。1.2 数字多用表设计的目的当前，数字多用表因其功能特性被广泛应用于各工业生产、电力电子、测量领域，随着科学技术的发展进步，数字多用表必将和更加先进的技术结合在一起进行自我进化，使其功能更加完善，测量更加精准、操作更加方便，进一步更好的为科学进步提供支持，因而我们必须不断发动智慧设计改进数字多用表，设计出更多更好用，功能更加强大的数

10、字多用表，为科学研究提供器材。随着我国工业实力不断发展，我国自主研发的数字多用表的性能也越来越强,但是相比于国外的数字多用表，自主研发的数字多用表还是有这不足之处，这也必将成为激起我们奋发努力的决心，不断开拓不断研究，总结，提出更有创新思维的设计，我国正走在高速发展的道路上，工业发展迫切的需要更加精密的仪器来满足需要，然而一味的依赖于科学仪器的进口，容易被外国卡主发展的咽喉，设计的目的在于不断改善现有的仪器的水平，以满足进步的工业发展所需。1.3 设计中重难点内容本次设计重难点在于对不同量程内容和量程的转换，其次是要保证设计中各部分的电路能够组合成为一个功能完整的数字多用表，最后的问题在于对于

11、软件程序的设计，不仅仅要保正软件程序的可行性还要保证软件设计的正确性。传统的数字多用表使用时需要手动切换量程，不仅操作不方便，还要求要注意测量不能超过量程，麻烦无比。一旦忘记切换量程或者测量超出范围，会导致很大的测量误差甚至于毁坏数字多用表，因此在此次设计中利用开关选择测量内容，保证在测量范围内。此次设计使用了A/D转换器，因而要将A/D转换器转换的数值由整数转换为带小数点的字符形式，从而在LED上正确显示。当然在设计途中，在keiluvision4的程序仿真时就会遇到无法调试出想要的程序源文件，在写程序时就要注意不仅仅要对还要准，也许有时候就是一个字符写错了，就导致整个程序无法编译运行，得出

12、结果，认真，细心，写完之后重复检查很重要。本课题中采用集成多路模拟开关、模数转换和运算放大器设计了数字多用表量程自动切换技术，通过单片机检测和软件编程可实现数字多用表量程的自动转换。它具有结构简单、体积小、动作快、驱动电流小、操作方便等优点。2数字多用表方案设计2.1 数字多用表工作原理本次论文的数字多用表是基于单片机8OC51实现的。首先，我们需要将数字多用表的硬件电路图设计好，将数字多用表的软件程序写好，然后在Proteus软件中将数字多用表的硬件电路图描绘出来，在Keil软件中进行数字多用表的软件编程，并对程序源文件进行编译、调试，确保能生成.hex的文件。这个.hex文件是硬件电路能完

13、美运行的源代码来源。将.hex文件加载到80C51单片机芯片上，最后在Proteus软件环境中运行硬件电路，然后数字多用表就可以正常工作2.2 数字多用表的硬件电路设计总体框架图如下图1所示，本次论文设计的数字多用表主要由以下几个部分构成：，A/D转换模块、数据处理模块、显示模块、复位电路模块。输入信号输入到A/D转换模块，被转换为能够被单片机识别和处理的信号，之后在数据处理模块被单片机处理，然后处理为可以被显示模块接收的新号，在LED上进行显示。复位电路模块作用是清零，然后进行下一次的测量。根据框架图来将设计所需硬件有机的连接在一起，做出一个完整功能的数字多用表。图1总体电路设计组成原理图（

14、框图）2.3 数字多用表的硬件电路设计Z：86383885888388 fcu图2数字多用表的主电路图数字多用表硬件主电路图如上图所示，图中所使用的单片机为80C51,通过线选的方式扩展了A/D转换器ADC0808和4位LED数码管的功能，80C51的P2.7引脚是转换器ADCO808的片选信号,所以得到的A/D转换的地址是7FFFH。片选信号在和WR信号一起经过了或非门产生了能让ADC0808识别并启动的信号START和地址锁存信号ALEo片选信号在和RD信号一起经过了或非门产生了能被锁存器74LS373识别的输出允许信号OE,当OE=I时,锁存器74LS373的选通三态门会将输出锁存器中产

15、生的转换结果送入到数据总线。A/D转换器的EOC信号在经过反相之后再将其接到80C51的INTl引脚上面，以产生能让A/D转换完成后中断的信号。将ADCo808芯片的3个模拟量输入地址输入端A、B、C分别接80C51的PO.0、Po.1、P0.2,因此往端口地址OCOooH写入数据OOH07H,就可以启动模拟量输入通道07进行A/D转换。ADC0808的额定参考电压为正5V和OV,时钟输入为2MHZo80C51的P2.0引脚是锁存器74LS373的片选信号，经过了或非门及反相器的片选信号和WR信号再接到锁存器74LS374的CLK端口，所以得到的显示器的地址为OFEFFH,单片机的P1.4P1

16、.7引脚是LED的数位选择，显示的时候要先将数据写入锁存器，再数位选择以此点亮相应的数码管。80C51的P1.0P1.2引脚是通过转换开关接地的方式通过判断P1.0P1.2的电平高低来决定是否要进行电压、电阻、电流的测量。2.3.1 电阻测量电路和电阻测量的原理231.1、 电阻测量电路如下图所示为数字多用表的电阻测量电路。运算放大器的反馈电阻RX给定为待测量的电阻，然后通过100O。的电阻与R19一起接到电源-5V。假定运算放大器是理想运算放大器，那么有RV=5V*RxR19,把RV产生的模拟信号传输到A/D转换器ADCO808上，转换为数字信号DV=RV*255/5。80C51在读取数字信号后再经过逆运算得到Rx