1、基于单片机的数字多用表设计摘 要本 次 设 计 采 用 单 片 机 芯 片 STC89C52 与 ADC0809 设计一个数字多用表，能够测量交、直流电压值，直流电流，四位数码显示，但要求使用的元器件数目最少。为 使 系 统 更 加 稳 定 ， 使 系 统 的 整 体 精 度 得 以 保 障 ， 本 电 路 使 用 了ADC0809 数 据 转 换 芯 片 ， 单 片 机 系 统 设 计 采 用 STC89C52 作 为 主 控 芯 片 ，配 以 RC 上 电 复 位 电 路 和 震 荡 电 路 ， 程 序 每 执 行 周 期 耗 时 缩 到 最 短 ， 这 样 保证 了 系 统 的 实 时
2、性 。关 键 词 :数 字 多 用 表 STC89C52 单 片 机 AD 转 换 与 控 制目录第一章 绪 论 .11.1 数字多用表设计背景 .11.1.1 数字多用表的设计目的和意义 .11.2 数字多用表的设计依据 .11.3 数字多用表设计任务及要求 .11.4 数字多用表简介 .2第二章 数字多用表硬件电路的总体设计 .22.1 数字多用表的硬件系统设计框架图 .22.2 硬件电路设计方案及选 用芯片介绍 .32.2.1 设计方案 .32.2.2 STC89C52 芯片功能特性描述 .32.2.3 数码管显示器的结构及其工作原理 .62.2.4 A/D 转换电路的设计 .72.2.
3、5 各模块直接引脚连接方法 .10第三章 数字多用表的软件设计 .113.1 系统总流程图 .113.2 物理量采集处理流程 .123.3 电压测量过程流程图 .133.4 电流的测量过程流程图 .143.5 各模板仿真及源程序 .153.5.1 仿真图 .163.5.2 源程序 .163.6 器件清单 .25第四章 总结 .254.1 分析总结 .254.2 心得体会 .26参考文献 .26基于单片机的数字多用表设计1第一章 绪 论数字多用表亦称数字万用表,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
4、表。传统的指针式多用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片的数字多用表，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多用表，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。1.1 数字多用表设计背景1.1.1 数字多用表的设计目的和意义数字多用表是当前电子、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，示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字多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。在电子产品的生产设
5、计中，多用表是一种最常见的工具。多用表是采用电路实现对电压，电阻，电流的测量以及显示的测量装置，广泛用于电子产品设计生产过程中，已成为一种不可少的工具。随着数字技术的发展，多用表的数字化给人们生产学习带来了极大的便利，首先，由于采用集成式数字芯片，使得数字多用表的精度大为提高；其次，数字化显示可以给人更直观的信息，缩短了生产时间，提高了生产效率。因此，研究数字式多用表扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2 数字多用表的设计依据根据数字多用表的原理，结合以下的设计要求：设计一个数字多用表，能够测量交、直流电压值，直流电流。实现多级量程的直流电压测量，实现多级量程的交流电压测量，实现多级量程的直流
6、电流测量实现多级量程的电阻测量。由此设想出以下的解决方法，即数字多用表的系统由分流电阻、分压电阻、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。1.3 数字多用表设计任务及要求基于单片机的数字多用表设计2本设计重点要解决的问题是对不同量程的各种测量内容的转换，还有就是各部分电路组合成一个完整的数字多用表，而难点解决的问题就是程序的设计，要保正其可行性从而保证设计的正确性。1.4 数字多用表简介数字多用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。多用表又叫多用表、三用表(A,V, 也即电流，电压，电阻
7、三用）、复用表、万能表，一般多用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等量，有的还可以测交流电流、电容量、电感量，温度及半导体的一些参数。数字多用表，作为现代化的多用途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领域。数字式多用表的特点：数字式多用表显示直观，测量速度比指针表快，误差也比指针表小，保护电路设计也比指针表要更好，但无法测量快速变化的信号，工作时必须要使用电池。数字式多用表的构成也分为三部分：（1）表头数字式多用表的表头由 A/D 转换器，译码设备，以及显示器组成，其性能指标主要取决于 A/D 转换器的位数，A/D 转换器的位数越高，测量的精度就越高。（2）测量线路测量线路是用
8、来把各种被测量转换到适合表头测量的电压信号的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成。它能将各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微小电压信号送入表头进行测量。（3）转换开关转换开关的作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关一般有多个，分别标有不同的档位和量程。第二章 数字多用表硬件电路的总体设计2.1 数字多用表的硬件系统设计框架图如下图 2.1 所示，本多用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC基于单片机的数字多用表设计3输入、被测量显示、超限报警、ADC 使能控制。复位
9、电路用来清零，进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC 输入则是将输入量进行 AD 转换；测量显示就是显示测量的数值；超限报警部分则是用作当测量量超出量程范围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；ADC 使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。图 2.1 复位电路震荡电路ADC 输入被测量显示超限报警ADC 使能控制89C52总体电路设计原理图2.2 硬件电路设计方案及选用芯片介绍2.2.1 设计方案用单片机 STC89C52 与 ADC0809 设计一个数字多用表，配合分流电阻、分压电阻可以测量交、直流电压值，直流电流，四位数码显示。并且有超出量程
10、的情况发生时，蜂鸣器发声报警。2.2.2 STC89C52 芯片功能特性描述STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。 它具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 接口，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。基于单片机的数字多用表设计4图
11、 2-2-2 STC89C52RS 引脚图STC89C52RS 各引脚功能:VCC（40 引脚）：电源电压 VSS（20 引脚）：接地P0 端口（P0.0P0.7，3932 引脚）：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“1”时，可以作为高阻抗输入。P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O口。在对 Flash ROM 编程和程序校验时，P1 接收低 8 位地址。此外，P1.0 和 P1.1 还可以作为定时器 /计数器 2 的外部技术输入 （P1.0/T2）和定
12、时器/计数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） ，具体参见表 2-2-2：表 2-2-2引脚号 功能特性P1.0 T2（定时器/计数器 2 外部计数输入），时钟输出基于单片机的数字多用表设计5P1.1 T2EX（定时器 /计数器 2 捕获/重装触发和方向控制）P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向I/O 端口。在对 Flash ROM 编程和程序校验期间，P2 也接收高位地址和一些控制信号。P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O端口。在对 Flash ROM 编程或程序校验时，P3
13、 还接收一些控制信号。P3 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能，见表 2-2-3： 表 2-2-3引脚号 复用功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 （外部中断 0）P3.3 （外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）基于单片机的数字多用表设计6注：单片机最小系统包括时钟电路，复位电路，电源电路。其原理图如下：2.2.3 数码管显示器的结构及其工作原理（1）数码管结构数码管的外形结构如图 2-2-3 所示图 2-2-3 数码管显示器原理图（2） LED 数码管分类按其内部结构可分为共阴型和共阳型；导通时正向压降一般为 1.52V ，额定电流为 10mA，最大电流为 40mA。
