基于单片机的数字万用表设计
摘 要
本次设计用单片机芯片AT89C52设计一个数字万用表，能够测量直流电压值、直流电流、直流电阻，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AT89C52单片机作为主控芯片，驱动液晶显示管显示。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 AT89C52单片机 AD转换与控制
Abstract
This design is design a digital universal meter with chip AT89C52 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89C52 one-chip computer as the top management chip, urge 4 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of procedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system.
Keyword: Digital universal meter AT89S52 one-chip computer AD changes and controls
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一、设计背景
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。
二、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5V、 ,20V,.实现多级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA ，20mA，200mA.实现多级量程的电阻测量，其量程范围是200、1k ,10k。”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。
三、设计任务
3．1设计目的
采用8位8路A/D转换器ADC0809和AT89S52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，测量结果通过液晶显示管显示，通过按键进行测量功能转换。 3．2设计指标及要求
电压测量范围0~5，0~20V，电流测量范围1~2，1~20，1~200mA，电阻测量范围0~200,0~1K,0~10KΩ。
四、设计思路与总体框图
4．1设计思路
首先利用P0 口数据地址复用，将地址通过P0口输入到单片机中。再利用模数转换将模拟信号转换成数字信号，再次利用P0口将其输入到单片机。最后，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。 4．2总体框图
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振荡电路 复位电路 89S52 液晶显示管显示 ADC0809 待测电阻电路待测电流电路 待测电压电路
图1—1
五、 MCU主控制器的选择与论证
方案一 此方案采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器，它具有体积小、驱动能力高、集成度高、易扩展、可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强、处理速度高等特点，尤其适用于语音处理和识别等领域。但是其软件设计相对复杂，故我们放弃此方案。
方案二 此方案采用STC公司的8位单片机STC89C52作为主控制器，具有与MCS-51指令集完全兼容的CIP-51内核，但其同样时钟下运行速度和抗干扰能力军比普通8051 8位单片机要高，而且开发环境是我们很熟悉的Keil C51 ,编译效率高，非常适合C语言开发人员，因此我们采用该方案。
六、 A/D转换器的选择与论证
方案一 此方案选用12位串行A/D转换集成AD５７４，只需要２根线就能够很好的与ＭＣＵ相通信组成测量系统，但其输入电压不能为负值，故使用范围受到了限制，不适合用作负压测量电路中而且价格较高。因此，我们放弃此方案。
方案二 此方案选用双积A/D 转换器AD0809，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。它的特点是在每次A/D转换前，内部电路都自动进行调零操作，可保证零点在常温下的长期稳定。
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U3av26272812345252423221216GNDIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT81067212019188151417clockSTEOCO0O1O2O3O4O5O6O7GND+5VSTOE9OE 图2—1 AD转换电路 七、 测量电路的选择与论证 7.1电阻测量 图1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作为待测量电阻，通过R14，R2，R15及多路开关接到电源-5V。假定运算放大器理想，那么放大器的输出电压RV=
5?Rx，将RV送给ADC0809，转换后得到数RRV?2555字量为DV=。单片机读取A/D转换数据，再经过逆向运算可得
DV?R19Rx=255，注意此时得到的Rx为二进制数，需要转化为十进制数后才能送
给液晶显示管显示。程序中采用4字节专利号除法，连续进行4次除以10的除法。为使电路所求电阻更加精确，故采用了一个单刀三掷开关，当所测电阻处于千欧级别时，闭合开关一，由所得电压得出待测电阻。当待测电阻处于200 至一千欧时，如果再次以10千欧作为比例电阻，则所测待测电阻准确度大大下降，顾此时应闭合开关二，以一千欧电阻作为比例电阻，可大大扩大所测电阻精度。同理当所测电阻为0至200欧时，闭合开关三，此时所测电阻才能更加精确。
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-5V-12V待测电阻10k10k1kR2R15200213+88.84Volts11R14U1:A2%LM324+12V
图1 电阻测量原理图
7．2电压测量输入电路
图3所示为数字多用表的电压测量输入电路。待测电压经过低通滤波器滤除高频干扰，再送给ADC0809，电压测量范围为0~5,0~20V，ADC0809的分辨率为8位.当待测电压为为0~5V,关闭开关一，经过滤波电路后此时输出的电压
VV?255VV=Vx,将VV送给ADC0809，转换后得到数字量为DV=。单片机读取
5VVA/D转换数据，再经过逆向运算可得Vx=注意此时得到的Vx为二进制数，
255需要转化为十进制数后才能送给液晶管显示。当电压为5~20V时，因为AD0809的工作电压为5V，所以需降压，闭合开关二，输出的电压为待测电压的五分之一。
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基于单片机的数字万用表设计
