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基于单片机的数字万用表的设计.rar

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    基于 单片机 数字 万用表 设计
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    科技学院 2011 届本科毕业论文基于单片机的数字万用表的设计专 业: 电子信息工程 指导教师: 马光喜 学生姓名: 刘力贞 学生学号: 072004110505 中国﹒贵州﹒贵阳2011 年 5 月贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 I 页目录摘要 ..................................................................IIIAbstarct...............................................................IV第一章 绪论 ............................................................11.1 课题研究现状 ...................................................11.2 课题研究目的和意义 .............................................11.3 多功能数字万用表的特点 .........................................1第二章 基于单片机的数字万用表 ..........................................42.1 基于单片机的数字万用表的优点 ...................................42.2 数字万用表的精度 ...............................................42.3 数字万用表的设计依据 ...........................................52.4 课题重点解决的问题 .............................................5第三章 数字万用表总体设计方案 ..........................................63.1 数字万用表的基本原理 ...........................................63.2 数字万用表的硬件系统设计 ......................................133.3 硬件电路设计方案及所选芯片 ....................................143.3.1 设计方案 ................................................143.3.2 芯片选择以及功能介绍 ....................................143.4 数字万用表的硬件设计 ..........................................253.4.1 分模块叙述系统各部分的实现方法 ..........................253.4.2 数字万用表控制硬件设计整体电路图 ........................323.4.3 电路的工作过程 ..........................................32第四章 系统软件与流程图 ................................................334.1 电路功能模块设计 ..............................................334.2 系统总流程图 ..................................................334.3 物理量的采集处理流程: ........................................344.4 电压测量流程图: ..............................................35贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 II 页4.5 电流测量流程图: .............................................374.6 电阻测量流程图: ..............................................384.7 电容测量流程图: ..............................................394.8 温度测量系统程序的设计: ......................................394.8.1 温度测量系统程序清单 ....................................394.8.2 温度测量主程序流程图 ....................................394.9 基于单片机数字万用表的扩展功能图: ............................40第五章 设计总结 ........................................................41参考文献 ...............................................................42附录一 硬件设计整体结构图 .............................................43附录二 程序清单 .......................................................44附录三 温度测量系统程序清单 ...........................................48致 谢 .................................................................49贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 III 页基于单片机的数字万用表的设计摘要本系统是一种基于 AT89S52 单片机芯片来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、并且增加了温度传感器芯片可以测量一定范围内的温度。此系统由分流电阻、基准电阻、分压电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、报警电路、四位数码管显示、AD 转换和控制电路组成。本电路采用AD0809 数据转换芯片,单片机系统设计使用了 AT89S52 单片机作为主控芯片,配以RC 上电复位电路和 11.0592MHZ 振荡电路。显示芯片采用 TEC6122,可驱动 4 位数码管显示。采用耗时最短的指令,保证了系统的实时性。测温电路采用 DS18B20 与AT89S52 结合实现温度检测系统,在其不工作状态下可实现电子温度计功能,抗干扰能力强,适合现场环境下的温度测量。关键词: 数字万用表; AD 转换; AT89S52 单片机 ;温度检测贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 IV 页The design of digital multitester based on monolithic integrated circuitAbstarctThis design is designing a digital universal meter with AT89s52 microcontroller chip, which can measure,alternating and direct current pressing value,direct current,DC resistance and capacitance.and increased the temperature sensor chip can measure the temperature of the inside certain limits.This system is included of the shunt resistance, basic resistance,resistance of partial pressure,capacitance test chip circuits,minimum system of 51 one-chip computers,alarm circuit,four numbers show,AD transform and control circuit component.This circuit has used AD0809 data changing chip,and the one-chip computer system is designed the AT89S52 microcontroller as the main control chip. The electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC.Then the showing chip is used as TEC6122 to urge the 4 numbers showing.The paper takes the shortest instructions to ensure the real-time of the system.The temperature detection circuit iscombining AT89s52 and DS18B20 to realize temperature detection system,that can realize electronic thermometers function,strong anti-interference ability,suitable for field environment temperature measurement when it is out of work.Keywoeds: Digital universal meter, AD transform, AT89S52 microcontroller, temperature detection贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 绪论1.1 课题研究现状数字万用表也称数字多用表,简称 DMM(Digitial 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 [1]。传统的指针式万用表功能简单精度低,不能满足数字化时代的要求,采用单片机的数字万用表,精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便,并且可以实现数据的处理、存储和发送等智能化功能。目前,由各种单片机芯片构成的数字万用表,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。1.2 课题研究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,显示出强大的生命力。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 [2]。1.3 多功能数字万用表的特点(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)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。(3)显示位数数字万用表的显示位数通常为 3 位半到 8 位半。(4)准确度高贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 2 页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,准确度越高,测量误差越小。数字万用表的准确度远优于指针万用表。(5)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。(6)测试功能强数字万用表可以测量直流电压(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( )等。新型数字万用表大多增加fU了下述测试功能:读数保持(HOLD) 、逻辑(LOGIC )测试等等。(7)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。(8)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。(9)可测量温度传统的测温元件有热电偶和热电阻,而它们测出的一般都是电压,再转换成对应的温度,需要比较多的外部硬件支持,电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。所以我们改用一种智能传感器 DS18B20 作为检测元件,测温范围-55℃—125℃,分辨率最大可达 0.0625℃。DS18B20 可以直接读出被测温度值。而且采用 3 线制与单片机相连,减少了外部硬件电路,具有低成本和已使用的特点。(10)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。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 3 页(11)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。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 4 页第二章 基于单片机的数字万用表2.1 基于单片机的数字万用表的优点基于单片机的数字万用表与普通数字万用表相比,有以下优点:(1)由于使用了单片机作为中央控制器和计算器件,所以其测量精度高,是传统的机械表无法比拟的。(2)体积上趋向于微型化,相比传统的机械表的笨重有着无法超越的优势 [3]。(3)基于单片机的数字万用表还可以实现对测量数据的储存功能,主要是利用单片机拓展外部 E2PROM24C04 来实现数据的存储,这样可实现掉电记忆。(4)增加 USB 接口可以将测量存储的数据输出到 U 盘。(5)使用它可方便的扩展其他功能,如频率测试、温度检测、环境测试、显示时钟等。(6)可以实现数据的处理和存储、传输、发送、无线传输等智能化功能。(7)量程自动转换功能又使测量具有较高的智能化水平。2.2 数字万用表的精度本系统采用的是 8 位逐次逼近式 A/D 转换器。内部有一个 8 通道多路开关,它是根据地址码锁存译码后的信号,只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。目前国内使用最广泛的是 8 位 A/D 转换芯片。8 位以下为低分辨率;9~12 位为中分辨率;13 位以上为高分辨率。在实际应用中,应从系统数据总线的位数、精度要求、输入模拟信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑 AD 转换器的选用 [4]。A/D 转换器的位数至少要比系统总精度要求的最低分辨率高 1 位,位数应与其他环节所能达到的精度相适应。结合多种因素,本系统采用 ADC0809 这 8 位 A/D 转换芯片,分辨率低。为了提高分辨率,可以采用 AD574A 这种单片高速逐次比较型 A/D 转换器,其分辨率是 12 位,在 8 位 A/D转换芯片上需两次实现,所以速度较慢,处理时间加长,且价格较高。贵州大学科技学院本科毕业论文(设计) 第 5 页2.3 数字万用表的设计依据根据数字万用表的原理,结合下面的设计要求:“设计一个数字万用表,能够测量交、直流电压值,直流电流、直流电阻以及电容。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”。 “设计制作一个新型可编程数字温度计,该温度计要求测温范围在-30℃—110℃,误差在±0.5℃以内,用 LED 数码管直读显示。 ”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、基准电阻、分压电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、报警电路、四位数码管显示、AD 转换和控制电路组成。2.4 课题重点解决的问题本设计重点要解决的问题是对各种测量内容和量程的转换,内容可以利用开关选择所需测量的内容,使之正确的显示在显示器上。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实现模数转换以及程序的执行速度。要保证其可行性从而保证设计的正确性。
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