單片機(jī)數(shù)字萬用表課程設(shè)計(jì)

1、 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目： 基于單片機(jī)的數(shù)字多用表設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化 班 級： 本自動(dòng)化 姓 名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 小組成員： 成 績： 摘要 本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)芯片AT89S51與ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，能夠測量05V之間的直流電壓值，四位數(shù)碼顯示，但要求使用的元器件數(shù)目最少。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)的整體精度得以保障，本電路使用了ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89S51作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和震蕩電路，程序每執(zhí)行周期耗時(shí)縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。關(guān)鍵詞 數(shù)字萬用表 AT89S51單片機(jī) AD轉(zhuǎn)換與控制 目 錄摘要2關(guān)鍵詞2

2、緒論1.數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)背景4 1.1 數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)目的和意4 1.2 數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù).41.3 數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問題42.數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案5 2.1數(shù)字萬用表的基本原理. . .52.2芯片選擇及功能簡介.2.3電路原理圖及仿真圖. .2.4系統(tǒng)板上硬件連線. . 2.5程序設(shè)計(jì)內(nèi)容. . 2.6C語言源程序. . 3 總結(jié).4心得體會(huì)5 參考文獻(xiàn).13緒論 數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表，簡稱DMM（Digtial Multimeter）。它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的，離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式萬用表功能單精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代

3、的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字萬用表，已被廣泛用于電子及工業(yè)測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。數(shù)字萬用表具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：（1） 顯示清晰直觀，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確為了提高觀察的清晰度，新型的手勢式數(shù)字萬用表已普遍采用字高為26mm的大屏幕LCD（液晶顯示器）。有些數(shù)字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀察讀數(shù)。（2） 顯示位數(shù)數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3位到8位半。（3） 準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測量誤差愈小。數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于指針萬用表。（4） 分辨力高 數(shù)字萬用表在最低電

4、壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱作儀表的分辨率，宏觀世界反映了儀表靈敏度的高低，分辨率隨顯示位數(shù)的增加而提高。（5） 測試功能強(qiáng) 數(shù)字萬用表不止可以測量直流電壓，直流電流，電阻二極管正向壓降等等。（6） 測量范圍寬數(shù)字萬用表可滿足常規(guī)電子測量的需要，智能數(shù)字萬用表的測量范圍更寬廣。（7） 測量速率快數(shù)字萬用表在每秒中內(nèi)對被電壓的測量次數(shù)稱為測量速率，單位是次/秒。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般數(shù)字萬用表的測量速率為2到5次/秒。有的呢過達(dá)到20次/秒以上，另外有的比這個(gè)還要高得多。數(shù)字萬用表可滿足不同用戶對測量速率的需要。（8） 輸入阻抗高 數(shù)字萬用表電壓檔具有很高的輸入阻抗，通

5、常為10至10000M歐姆，從被測電路上吸取的電流小，不會(huì)影響被測信號源的工作狀態(tài)，能減小由信號源內(nèi)阻引起的測量誤差。（9） 保護(hù)功能完善，抗干擾能力強(qiáng)數(shù)字萬用表具有比價(jià)完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)，新型的數(shù)字萬用表還增加了高壓保護(hù)器件，能防止浪涌電壓。本設(shè)計(jì)就是居于這個(gè)設(shè)計(jì)理念一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字萬用表。該設(shè)備具有直觀簡單的優(yōu)點(diǎn)。并且能深入的說明 萬用表的測量原理。能直觀的了解萬用表各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和測試原則。1數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)背景 在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和總體方案及其系統(tǒng)概述等。 1.1數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)目的和意義數(shù)字萬用表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測量領(lǐng)域大量使用的一種基本測量，

6、已被廣泛應(yīng)用于電子及電工測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。隨著時(shí)代科技的進(jìn)步，數(shù)字萬用表的功能越來越強(qiáng)大，把電量及非電量的測量技術(shù)提高到嶄新水平。1.2 數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設(shè)計(jì)要求："設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表，能夠測量直流電壓值，直流電流、直流電阻。實(shí)現(xiàn)多級量程的直流電壓測量，其量程范圍是200mv、2v ,20v,200v和500v.實(shí)現(xiàn)多級量程的直流電流測量，其量程范圍是2mA ，20mA，200mA、2A和20A.實(shí)現(xiàn)多級量程的電阻測量，其量程范圍是200、2k ,20k,200k和2M。由此設(shè)想出以下的解決方法，

7、即數(shù)字萬用表的系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、電容測試芯片電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。1.3數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問題本設(shè)計(jì)重點(diǎn)要解決的問題是對不同量程的各種測量內(nèi)容的轉(zhuǎn)換，還有就是各部分電路組合成一個(gè)完整的數(shù)字萬用表，而難點(diǎn)解決的問題就是程序的設(shè)計(jì)，要保正其可行性從而保證設(shè)計(jì)的正確性。2 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案2.1數(shù)字萬用表的基本原理數(shù)字萬用表的最基本功能是能夠測量直流電壓，直流電流，還有能夠測電量阻。下面我們分別介紹各個(gè)部分的組成：（1）、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換與數(shù)字顯示電路常見的物理量都是幅值(大小)

8、連續(xù)變化的所謂模擬量(模擬信號)。指針式儀表可以直接對模擬電壓、電流進(jìn)行顯示。而對數(shù)字式儀表，需要把模擬電信號(通常是電壓信號)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再進(jìn)行顯示和處理(如存儲、傳輸、打印、運(yùn)算等)。數(shù)字信號與模擬信號不同，其幅值(大小)是不連續(xù)的。這種情況被稱為是"量化的"。若最小量化單位(量化臺階)為，則數(shù)字信號的大小一定是的整數(shù)倍，該整數(shù)可以用二進(jìn)制數(shù)碼表示。但為了能直觀地讀出信號大小的數(shù)值，需經(jīng)過數(shù)碼變換(譯碼)后由數(shù)碼管或液晶屏顯示出來。（2) 、多量程數(shù)字電壓表原理在基準(zhǔn)數(shù)字電壓表頭前面加一級分壓電路(分壓器)，可以擴(kuò)展直流電壓測量的量程。（3）多量程數(shù)字電流表原理測量

9、電流的原理是：根據(jù)歐姆定律，用合適的取樣電阻把待測電流轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，再進(jìn)行測量。（4）電阻測量原理數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測量法。由穩(wěn)壓管ZD提供測量基準(zhǔn)電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電阻和被測電阻的電流基本相等2.2芯片選擇及功能簡介這次的課程設(shè)計(jì)中，我們這一種選擇了芯片AT89S51和ADC0809。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成

10、了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三種封裝方式，其中最常見的就是采用40Pin封裝的雙列直接PDIP封裝，芯片共有40個(gè)引腳，引腳的排列順序?yàn)閺目啃酒娜笨谧筮吥橇幸_逆時(shí)針數(shù)起，依次為1、2、3、4、40，其中芯片的1腳頂上有個(gè)凹點(diǎn)。在單片機(jī)的40個(gè)引腳中，電源引腳2根，外接晶體振蕩器引腳2根，控制引腳4根以及4組8位可編程I/O引腳32根。1、主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線2、外接晶振引腳

11、（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路輸出端3、控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。4、可編程輸入/輸出引腳（32根）AT89S51單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位雙向I

12、/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7。AT89S51的主要性能參數(shù)：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 4k字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期 4.05.5V的工作電壓范圍 全靜態(tài)工作模式：0Hz33MHz 三級程序加密鎖 128×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可編程IO口線 2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 6個(gè)中斷源 全雙工串行UART通道 低功耗空閑

13、和掉電模式 中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識和快速編程特性 靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式）ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片 1主要特性1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)） 4）單個(gè)+5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不

14、需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 3外部特性（引腳功能）ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換

15、啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一+5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。STA

16、RT上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 （1）定時(shí)傳送方式 對于一種A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128s，相當(dāng)于6MHz的MCS-5

17、1單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （2）查詢方式 A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時(shí)，OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。2.3電路原理圖2.4系統(tǒng)板上硬件連接a)

18、         把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0P1.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的ABCDEFGH端口用8芯排線連接。b)        把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P2.0P2.7與“動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示”區(qū)域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排線連接。c)        把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.0與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的ST端子用導(dǎo)線相連接。d) 

19、60;      把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.1與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的OE端子用導(dǎo)線相連接。e)         把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.2與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的EOC端子用導(dǎo)線相連接。f)         把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.3與“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的CLK端子用導(dǎo)線相連接。g)      

20、0; 把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的A2A1A0端子用導(dǎo)線連接到“電源模塊”區(qū)域中的GND端子上。h)        把“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的IN0端子用導(dǎo)線連接到“三路可調(diào)電壓模塊”區(qū)域中的VR1端子上。i)          把“單片機(jī)系統(tǒng)”區(qū)域中的P0.0P0.7用8芯排線連接到“模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊”區(qū)域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。2.5程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 1.  由于ADC0809在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換

21、時(shí)需要有CLK信號，而此時(shí)的ADC0809的CLK是接在AT89S51單片機(jī)的P3.3端口上，也就是要求從P3.3輸出CLK信號供ADC0809使用。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就得用軟件來產(chǎn)生了。   2.由于ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實(shí)際顯示的電壓值(D/256*VREF)2.6C語言源程序#include <AT89X52.H> unsigned char code dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; uns

22、igned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00; unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; long int i; 代替原來的unsigned char i; sbit ST=P30; sbit OE=P31; sbit EOC=P32; sbit CLK=P33;   void main(v

23、oid) ST=0; OE=0; ET0=1; ET1=1; EA=1; TMOD=0x12; TH0=216; TL0=216; TH1=(65536-5000)/256; TL1=(65536-5000)%256; TR1=1; TR0=1; ST=1; ST=0; while(1) if(EOC=1) OE=1; getdata=P0; OE=0; i=getdata*196;dispbuf5=i/10000; i=i%10000; dispbuf6=i/1000;i=i%1000; dispbuf7=i/100;/*原來的：temp = getdata * 235;temp=temp/

24、128;i=5;dispbuf0=10;dispbuf1=10;dispbuf2=10;dispbuf3=10;dispbuf4=10;dispbuf5=0;dispbuf6=0;dispbuf7=0;while(temp/10) dispbufi=temp%10;temp=temp/10;i+;dispbufi=temp; */ ST=1; ST=0;   void t0(void) interrupt 1 using 0 /定時(shí)器0  中斷服務(wù) CLK=CLK;   void t1(void) interrupt 3 using 0 /定時(shí)器1  中斷服務(wù) TH1=(65536-6000)/256; TL1=(65536-6000)%256; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; if(dispcount=5) P1=P1 | 0x80; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0; 3.總結(jié) 設(shè)計(jì)結(jié)果綜述：（1）、數(shù)字萬用表完成的功能主要是對電壓、電流、電阻的測量，它主要由分流電