毕业设计-基于单片机at89c51的数字万用表设计

基于单片机AT89C51的数字万用表设计摘要本次设计用单片机芯片AT89C51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，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AT89S51单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和110592MHZ震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。本文全面、深入、系统地介绍了43/4位智能数字万用表的系统设计与研究。设计中采用了美国MAXIM公司生产的专配万用表芯片MAX134，以及INTEL公司生产的MCS8051单片机。整个系统结构由MAX134外加一些外围元件构成，然后再与单片机8051相连，驱动LED数码显示。文章主要介绍了MAX134的性能特点、内部结构、数字接口、输入输出数据及一些功能和原理。整个设计包括硬件电路设计及软件设计。硬件电路设计包括处理器、外部设备元件的选择及电路设计，而软件设计则主要是实现仪表的各功能的控制。关键词数字万用表AT89S51单片机AD转换与控制ABSTRACTTHISDESIGNISDESIGNADIGITALUNIVERSALMETERWITHCHIPAT89S51OFONECHIPCOMPUTER,CANMEASUREANDHANDIN,DIRECTCURRENTPRESSINGVALUE,DIRECTCURRENTFLOW,THEDIRECTCURRENTISHINDERED,FOURNUMBERSSHOWTHISSYSTEMISSHUNTEDRESISTANCE,RESISTANCEOFPARTIALPRESSURE,BASICRESISTANCE,MINIMUMSYSTEMOF51ONECHIPCOMPUTERS,SHOWNTHATSOME,WARNINGPART,ADCHANGEANDCONTROLMAKINGUPPARTLYINORDERTOMAKETHESYSTEMMORESTEADY,MAKETHEWHOLEPRECISIONOFTHESYSTEMBEENSURED,THISCIRCUITHASUSEDAD0809DATATOCHANGETHECHIP,THEONECHIPCOMPUTERSYSTEMISDESIGNEDTOADOPTAT89S51ONECHIPCOMPUTERASTHETOPMANAGEMENTCHIP,THEELECTRICITYISRESTOREDTOTHETHRONETHECIRCUITAND110592MHZANDSHAKENTHECIRCUITTOMATCHONRC,SHOWTHATTHECHIPUSESTEC6122,URGE8NUMBERSTOBEINCHARGEOFSHOWINGTHEEVERYEXECUTIONCYCLECONSUMINGTIMEOFPROCEDURECONTRACTSTOGETSHORTEST,INTHISWAYTHEREALTIMECHARACTEROFTHESECURITYSYSTEMINORDERTOMAKETHESYSTEMMORESTEADY,MAKETHEWHOLEPRECISIONOFTHESYSTEMBEENSURED,THISCIRCUITHASUSEDAD0809DATATOCHANGETHECHIP,THEONECHIPCOMPUTERSYSTEMISDESIGNEDTOADOPTAT89S51ONECHIPCOMPUTERASTHETOPMANAGEMENTCHIP,THEELECTRICITYISRESTOREDTOTHETHRONETHECIRCUITAND110592MHZANDSHAKENTHECIRCUITTOMATCHONRC,SHOWTHATTHECHIPUSESTEC6122,URGE8NUMBERSTOBEINCHARGEOFSHOWINGKEYWORDDIGITALUNIVERSALMETERAT89S51ONECHIPCOMPUTERADCHANGESANDCONTROLS目录摘要IABSTRACTII1绪论411数字万用表的主要特点412数字万用表设计背景6121数字万用表的设计目的和意义6122数字万用表的设计依据6123数字万用表的设计目的和意义613万用表发展趋势72数字万用表总体设计方案821数字万用表的基本原理822数字万用表的硬件系统设计总体框架图153选用芯片介绍及硬件电路设计方案1631芯片选择及功能简介16311AT89C51芯片功能特性描述16312ADC0809介绍19312TEC6122简述2132设计方案及数字万用表的硬件设计24321设计方案24322数字万用表的硬件设计263221分模块详述系统各部分的实现方法263222数字万用表控制硬件整体结构图323221电路的工作过程描述324系统软件与流程图3341电路功能模块3342系统总流程图3343物理量采集处理流程3544电压测量过程流程图3645电流的测量过程流程图3746电阻的测量过程流程图3847电容测量过程流程图39结论40致谢41参考文献42附录431绪论随着微电子技术的高速发展，单片机的功能集成化，智能仪器也发展到了一个新的阶段。现在，单片机外围电路正朝着单片集成化、数字化、智能化、网络化、多功能、微功耗、高可靠性的方向发展。单片机与单片系统、智能传感器、网络通信等高新技术的融合，必将成为21世纪新的经济增长点。计算机技术及微电子器件在测量技术中的广泛应用，使智能仪器在测量的准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用功能方面或在解决测量技术问题的深度及广度方面有了巨大的发展。本设计是基于MAXIM公司生产的数字万用表专控芯片MAX134设计的智能43/4位数字万用表。数字万用表亦称数字多用表（DMM），其主要特点是显示直观、读数准确、准确度高、分辨力强、功能完善、性能稳定、过载能力强、耗电省、体积小、易于携带。近年来，数字万用表迅速发展，无论是便携式，还是台式万用表在精度、功能和性能上都有较大的提高。现在33/4位便携式数字万用表和41/2位便携式数字万用表已经成为主流；台式万用表的发展速度更快，已经有几家公司推出单片集成方案，使台式万用表的性能更高、功能更强，价格更加合理。近年来，我国对智能仪器的研究，无论在生产、科研等方面都取得了很大的进展，但是由于我国发展起步晚，我国现在所用的测量工具都基本上是31/2位的数字表，它的准确度都不是很高，而我们这次设计的43/4位数字万用表在精确度上提高了一个档次，性能更优越。本设计采用美国MAXIM公司生产的MAX134为核心芯片，配上INTEL公司推出的8位微处理机MCS8051，控制键盘的输入和数码管的输出，实现电阻/交流电压/直流电压/交直流电流等的测量，测电压或电阻时还可自动转换量程。传统的模拟式万用表已有很久的发展历史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要。数字万用表自从问世以来，显示出了强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。现在让我们来探讨一下新型智能43/4位数字万用表。11数字万用表的主要特点数字电压表简称DVM，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数字形式并加以显示的仪表。智能化数字万用表则是大规模集成电路LSI、数显技术、计算机技术及自动测试技术ATE的结晶。通过对DVM的扩展，即可形成数字多用表DMMDIGITALMULTIMETER。因此，数字万用表的功能是电压表上的扩展。数字万用表主要有一下特点1显示清晰，直观，读数准确传统的模拟式万用表必须借助于指针和刻度来进行读数，在读数过程中不可避免地会引入认为的测量误差例如视差，并且还容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数显技术，使显示结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的。不仅保证了读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能够缩短读数和记录的时间。新型数字万用表在数显的基础上增加了显示各种标志符的功能，便于读数，又对操作人员给予明显提示。2显示位数显示位数通常为21/2位81/2位具体讲，有21/2位、3位、31/2位、32/3位、33/4位、4位、41/2位、43/4位、5位、51/2位、6位、61/2位、71/2位、81/2位共14种。国外最近还推出了83/4位和101/2位数字仪表。定数字仪表的位数有两条原则能显示从09所有数字的位是整数位；分数位的数值是以最大显示值中最高位数字位分子，用满量程时最高位数字为分母例如，某数字仪表的最大显示值为19999，满量程计数值为20000,这表明该仪表有4个整数位，而分数位的分子为1，分母为2，故为41/2位，读作四位半，其最高位只能显示0或1。3准确度高字电压表的准确度是测量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，也反映测量误差的大小。一般讲准确度愈高，测量误差愈小，反之亦然。准确度的公式有三种表述方式准确度（ARDGBFS）准确度（ARDGN个字）准确度（ARDGBFSN个字）式中，RDG为读数值（即显示值），FS表示满度值。括号中前一项代表A/D转换器和功能转换器的综合误差，后一项是由于数字化处理而带来的误差。式中，N是量化误差，反映在末位数字上的变化量。若把N个字的误差折合成满量程的百分数，即变成式，式比较特殊，应用面较窄。43/4位万用表将使用式来表示准确度。4分辨力高数字万用表在最低电压量程末位1个字所对应的电压值，称作仪表的分辨力。它反映出仪表灵敏度的高低。43/4位的DVM的最高分辨力为10V。5测量范围宽、扩展能力强6测量速度快、输入阻抗高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。单位为“次/S”，主要取决于A/D转换器的转换速率。43/4位DVM的测量速率一般在10次/S。字电压表具有很高的阻抗，通常为10M10000M。7集成度高，微功耗8抗干扰能力强12数字万用表设计背景在本节中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及系统概述等。121数字万用表的设计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，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。122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，能够测量交、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。”以及电容测量电路。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。123数字万用表设计重点解决的问题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万用表，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。13万用表发展趋势90年代以来，数字万用表正处于蓬勃发展的新时期,突出表现在新技术不断涌现,新工艺被广泛采用,新产品层出不穷。1广泛采用新技术，不断开发新产品电子技术的进步，往往预示着数字万用表研制水平的新突破，近年来，各项新技术愈来愈普遍采用，并且迅速转化为生产力。2广泛采用新工艺新一代的数字万用表正朝着标准模块化的方向发展。电子模块又称为电子功能组件，简称模块。它是采用微电子技术和微型电子元器件，按插件组装成一体，能完成某一种特定的功能的商品化部件。现在，数字万用表的单元电路已基本上被标准化，通用化，系统化的模块取代。3单片大规模和超大规模集成电路的采用1）带微处理器的单片51/2位A/D转换器2）专配微处理器的43/4位DMM集成电路3）ASIC产品的应用AX133/134是美国最大集成电路公司最新研制的专配微处理器的DMM芯片。它们配上4位或8位或16位微处理器,即可构成具有高性价比的43/4位或33/4位智能数字万用表。4计算机模块化仪器与虚拟仪器的发展5安全性能的提高2数字万用表总体设计方案21数字万用表的基本原理数字万用表的最基本功能是能够测量交直流电压，交直流电流，还有能够测量电阻，数字万用表的基本组成见图21。过压过流保护小数点驱动（配合被测量与量程）基准电压模数转换，译码驱动过压过流保护分档电阻（量程转换）分压器（量程转换）分流器（量程转换）交流直流变换器（放大，整流，滤波）被测量输入电压电阻电流直流交流VINVREF图21数字万用表的基本组成下面我们分别介绍各个部分的组成1模数A/D转换与数字显示电路常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量模拟信号。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号通常是电压信号转换成数字信号，再进行显示和处理如存储、传输、打印、运算等。数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位量化台阶为，则数字信号的大小一定是的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换译码后由数码管或液晶屏显示出来。例如，设01MV，我们把被测电压U与比较，看U是的多少倍，并把结果数字显示屏（LED或液晶）四舍五入取为整数N二进制。一般情况下，N1000即可满足测量精度要求量化误差1/100001。最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半数字表。对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以MV213为单位的被测电压U的大小。如U是01MV的1234倍，即N1234，显示结果为1234MV。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示19991999MV的电压，显示精度为01MV。由上可见，数字测量仪表的核心是模数A/D转换、译码显示电路。A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。2多量程数字电压表原理在基准数字电压表头前面加一级分压电路分压器，可以扩展直流电压测量的量程。如图22所示，U0为电压表头的量程如200MV，R为其内阻如10M，R1、R2为分压电阻，U10为扩展后的量程。数字电压表头0UI0R1R2R0U010M1M99K9K2000V200V20V2V数字电压表头200MA1KUI图22分压电路原理图23多量程分压器原理由于RR2，所以分压比为210RUI扩展后的量程为0210RI多量程分压器原理电路见图23，5档量程的分压比分别为1、01、001、0001和00001，对应的量程分别为2000V、200V、20V、2V和200MV。采用图23的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降ININ低了电压表的输入阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压档电路为图24所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。UIR19MR2900KR390KR49KR51K2000V2V20V200V动片2数字电压表头ININ200MV200MV图24使用分压电路0154321MKRR其余各档的分压比可同样算出。实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定RR1054321总再计算2000V档的电阻000011K5总再逐档计算、。4521尽管上述最高量程档的理论量程是2000V，但通常的数字万用表出于耐压和安全考虑，规定最高电压量限为1000V。换量程时，多刀量程转换开关可以根据档位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。3多量程数字电流表原理测量电流的原理是根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应例如其中200V档的分压的电压，再进行测量。如图25，由于RR，取样电阻R上的电压降为RIUII即被测电流UIII数字电压表头IIUIININRR1K10010101200UA2MA20MA200MA2AIIUIININ图25电流测量原理图26多量程分流器电路若数字表头的电压量程为U0，欲使电流档量程为I0，则该档的取样电阻也称分流电阻为0IUR如200MV，则200MA档的分流电阻为R1。0多量程分流器原理电路见图26。图26中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路为图27所示。图27中各档分流电阻的阻值是这样计算的先计算最大电流档的分流电阻5R10250MSIUR再计算下一档的4R）（9012I54M0依次可计算出、。1图中的BX是2A保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。两只反向连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于07V，二极管立即导通，两端电压被限制住小于07V，保护仪表不被损坏。数字电压表头4交流电压电流测量处理原理数字万用表中交流电压，电流测量电路是在直流电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了一级交流直流ACDC变换器，图28为其理简图。该ACDC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为700V有效值。5电阻测量原理数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图29。由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电R0和被测电阻RX的电流基本相等数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计。所以A/D转换器的参考电压和输入电压REFU有如下关系INU即XIREF00RUEFIN根据所用A/D转换器的特性可知，数字表显示的是UIN与UREF的比值，当UINUREF时显示“1000”，UIN05UREF时显示“500”，以此类推。所以，当RXR0时表头将显示“1000”，当RX05R0时显示“500”，这称为比例读数特性。因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。如对200档，取R01100，小数点定在十位上。当RX100时，表头就会显示出1000。当RX变化时，显示值相应变化，可以从01测到1999。又如对2K档，取R021K，小数点在千位上。当RX变化时，显示值相应变化，可以从0001K测到1999K。其余各档道理相同，同学们可自行推演。数字万用表多量程电阻档电路见图210。由上分析可知，R1R01100R2R02R011000100900BR3R03R0210K1K9K图210中由正温度系数PTC热敏电阻R1与晶体管T组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管T发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时R1随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使T的击穿电流不超过允许范围。即T只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，R1和T都能恢复正常。IIBXD1D2动片2200UA2MA20MA200MA09200MA01900909R1R2R3R4R5UIININ数字电压表头图27实用分流器电路ZDR0R5VREFVREFININUREFUINAD转换及数字表头直流电压输出交流电压校准你交流电压输入图28ACDC变换器原理简图29电阻测量66电容测量原理电容测量是根据电容充电原理其充电电压与时间成一定的指数关系。根据电压和时间可以计算出电容的值。RTAD转换及数字表头RSPTCT1002009002K9K20K90K200K900K2MVVREFVREFININ动片2R5R4R3R2R1图210电阻测量22数字万用表的硬件系统设计总体框架图如下图211所示，本万用表由以下几部分功能组成，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。复位电路用来清零，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。复位电路震荡电路ADC输入89C51被测量显示超限报警ADC使能控制图211总体电路设计原理图3选用芯片介绍及硬件电路设计方案31芯片选择及功能简介311AT89C51芯片功能特性描述AT89C51引脚框图P10140VCCP11239P00P12338P01P13437P02P14536P03P15635P04P16734P05P17833P06RST/VPD932P07RXDP301031EA/VPP（内1/外0程序选择）TXDP311130ALE/P（地址锁存输出）INT0P321229PSEN（外部程序读选通输出）INT1P331328P27T0P341427P26T1P351526P25WRP361625P24RDP371724P23X21823P22X11922P21GND2021P20图31AT89C51芯片引脚图1主要特性8031CPU与MCS51兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命1000写/擦循环全静态工作0HZ24KHZ三级程序存储器保密锁定1288位内部RAM32条可编程I/O线两个16位定时器/计数器6个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2管脚说明VCC供电电压。GND接地。P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示口管脚备选功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32/INT0（外部中断0）P33/INT1（外部中断1）P34T0（记时器0外部输入）P35T1（记时器1外部输入）P36/WR（外部数据存储器写选通）P37/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10MS来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。312ADC0809介绍ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。1ADC0809的内部逻辑结构下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。M0M1M0M2M3M4M5M6M7地址锁存与译码器CALECLXOE8路模拟量开关AB8路A/D转换器三态输出锁存器STVREFVREFEOCD0D1D2D3D4D5D6D7图32ADC0809的内部逻辑结构2引脚结构IN0IN78条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。表31地址输入线的通道选择CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表31数字量输出及控制线11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。ADC0809应用说明（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。（4）在ST端给出一个至少有100NS宽的正脉冲信号。（5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。（6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。313TEC6122简述1概述TEC6122共阴极8X8段LED数码管（8X8点阵）显示驱动电路是全定制专用集成电路。该电路由开机自清电路、振荡电路、位扫描驱动电路、8X8BIT移位寄存器电路、8X8BIT数据锁存器电路、段多路选择器驱动电路组成。它可与各种型号的微处理器串行口或并行口INTERFACE,专供驱动8位X8段共阴极LED数码管（8X8LED点阵）。2特点工作电压4V6V位扫描驱动电流80MA（VDD5V）段扫描驱动电流10MA（VDD5V）可驱动高彩色LED管可通过N个TEC6122级联实行NX8位LED显示管脚间距254MM,标准24PIN窄塑封双列直插封装3位扫描共阴极LED显示原理位扫描共阴极LED显示原理图及位扫描波形如附图。位扫描信号接S1，S2，S8顺序依次出现，循环反复。S1显示第一位（个位），S2显示第二位（十位），依次地S8显示第八位（千万位）。要显示的段码A，B，DP是由S1S8依次分别选通送出，S1送A1，B1，DP1，显个位，其它位不显示。同样地S8送出A8，B8，DP8，显千万位，其它位不显示，这就是位扫描共阴极LED显示原理。字型ABCDEFGDP16进制代码（无小数点）16进制代码（有小数点）011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H510110110B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEHEFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不显示0000000000H01H表32字符段码表4逻辑简要说明加电自清电路片内加电自清电路使8X8BIT段移位寄存器,8X8BIT段数据锁存器，振荡时钟分频电路清“0”，清“0”期间LED不显示，开机自清后LED显示“0”。振荡电路，位扫描驱动电路振荡电路是RC振荡器,R在电路内部，只需外加电容470PF到GND地就构成RC振荡器，振荡脉冲经分频组合成S1S8位扫描驱动信号。S1驱动第一位个位）,S8驱动第八位（千万位）。S1S8是开路输出，LED是这它的负载。S1S8输出受OEN控制，OEN1，允许输出，OEN0，S1S8输出为高阻状态（三态）。图33TEC6122逻辑图8X8BIT串行移位寄存器8X8BIT串行移位寄存器SI为数据输入，SO为数据输出，SCP为移位脉冲。送入串行移位寄存器中的数是A，B，DP段数据，不是BCD码数据。每次送入8BIT段码数据A、B、C、D、E、F、G、DP,DP是最低位，最先送入。A是位，最后送入。移入串行移位寄存器中的段码数据最先进入的是第一位（十进制个位），最后进入的是第八位（十进制千万位），上述这种约定，是用户编程时必须遵循的。段数据锁存器，多路选择器，段驱动器移入8X8BIT串行移位寄存器中的段码数据在LCP打入锁存器脉冲作用下，锁存到8X8BIT段数据锁存器。数据锁存器中的段码经多路选择器，S1时送第一位（个位）A1,B1,DP1，段码显示依次地,S8送第8位（千万位）A8，B8，DP8，段码显示。段码A，B，C，D，E，F，G，DP输出受OEN控制，OEN1，允许输出。OEN0，禁止输出，A，B，C，D，E，F，G，DP为高阻状态（三态）。5引脚信号及功能说明SI串行数据输入。输入数据由微处理器（计算机）程序给出。SCP串行移位脉冲。移位脉冲个数由微处理器（计算机）程序控制。SO8X8BIT串行移位寄存器数据输出。SO接下一个TEC6122电路的SI，可扩展N个TEC6122电路。LCP把8X8BIT串行移位寄存器中的数锁存到8X8BIT段数据锁存器打入脉冲，高电平有效。打入数据锁存器的目的是上一个数据的显示和下一个数据的准备（移位）可同时进行。同时也可防止数据移位过程中显示数据的乱闪烁。实际使用过程中LCP连接有二种方法A、通常的办法是把LCP直接连到TEC6122的电源VDD上因LCP1,总选通，数据移位太慢，数据移位过程被显示了出来，数据可能会乱闪烁。B、用一个单片机端口驱动。数据移位前，LCP0,数据移位完成，发LCP脉冲，把串行移位寄存器中的数并行打入数据锁存器显示。多片级连使用时，CP可做片选信号使用。数据移位前，LCP0,数据移位完成，发LCP脉冲，把串行移位寄存器中的数并行打入数据锁存器显示。OEN输出允许信号，高电平有效。OEN1，允许位扫描信号一S1一S8输出，允许段A，B，DP输出。OEN0，一S1一S8为高阻状态（三态），A，B，DP为高组状态（三态）。OEN的二种使用方法同LCP。A，B，DP段输出信号，开路输出，LED做负载。S1S8位扫描驱动信号，S1是第一位（十进制个位），S2是第二位（十进制十位），S8是第8位（十进制千万位）。OSC振荡电路输入端。微处理器产生的移位脉冲与显示扫描信号S1S8是异步工作的。微处理器的任务是把要显示的数据移入8X8BIT串行移位寄存器，然后打入8X8BIT数据锁存器，后面就由S1S8控制显示。振荡电路是一个RC振荡器。R做在电路内部，OSC外接电容约470PF到GND（地）构成RC振荡器。振荡器只供显示扫描用，频率大小要求不是太严格，只要LED显示不要出现闪烁即可，通常S1S8频率为1KHZ2KHZ。32设计方案及数字万用表的硬件设计321设计方案用单片机AT89C51与ADC0809设计一个数字万用表，配合分流电阻、分压电阻、基准电阻可以测量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现四级量程的直流电压测量，其量程范围是2V,20V,200V和500V实现四级量程的交流电压测量，其量程范围是2V,20V,200V和500V实现四级量程的直流电流测量，其量程范围是2MA,20MA,200MA和2A实现四级量程的电阻测量，其量程范围是2K,20K,200K和2M，并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。322数字万用表的硬件设计3221分模块详述系统各部分的实现方法一电源部分由于高压交流电会对弱电系统产生干扰，影响系统的稳定性，而电池之类的电源又存在维护不方便和电压电流衰减等的缺点，所以本次设计采用外部稳压电源供电，这里选用普通12V500MA输出的交流稳压电源输入，该电池容量大，电压衰减影响比较小，输出稳定，电路如下图。图34电源电路在图34的电路里稳压器7805的压降是25V，偏移电流是6MA，我们需要的电压是5V，电路提供的电压是9V，则电阻承担的电压为15V，由此得RU/I9525V/6MA200欧姆二输入端图35万用表正表笔输入端电路被测量的量的输入端经过表笔流经保险丝，这样做是为了起到保护作用,防止过压过流而烧坏元器件后面接2个二极管。三分流电阻图36分流电阻电路如上图，使用有一定规律的R8R12电阻组合构成精密的电阻分流器，能够实现分流大电流的目的，即20A的电流一律衰减到200MA通过测量参考电压经过计算得到实际的电流值。四分压电阻图37分压电阻电路如上图，使用有一定规律的R2R6电阻组合构成精密的电阻分压器，能够实现分流大电压的目的，即0500V的电压一律衰减到200MV以下，通过测量参考电压经过计算得到实际的电压值。五基准电阻图38基准电阻电路测量电阻与测量电流或者电压一样重要，俗称“三用表”，利用数字电压表做成的多量程电阻表，采用的是“比例法”测量，因此，它比起指针万用表的电阻测量来具有非常准确的精度，而且耗电很小，上图示中所配置的一组电阻就叫“基准电阻”，就是通过切换各个接点得到不同的基准电阻值，再由AD0809的参考电压VREF与被测电阻上得到的电压V测进行“比例读数”，当两者电压相等时，显示就是V测/VREF500500，按照需要再由AD0809控制转换送AT89C52控制点亮LED屏幕上的小数点，就可以直接读出被测电阻的阻值来了。在产品数字万用表中，为了节省成本和简化电路，测量电流的分流电阻和测量电压的分压电阻以及测量电阻的基准电阻往往就是同一组电阻。六交直流处理电路图39交直流处理电路通过该电路达到控制交直流的目的，并且通过调节可变电阻又可以有效地减少电压的损耗。七ADC部分由于ADC0809的参考电压VREFVCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值D/256VREF图310ADC0809转换电路八报警部分当检测到被测量超出预定的值蜂鸣器发出“嘀”声。具体的实现过程是单片机P33脚输出高电平，使得Q1导通。使得LS1对地导通，蜂鸣器发出响声。图311报警电路九单片机最小系统图312单片机最小系统电路本次设计采用ATMEL公司的AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和110592MHZ震荡电路，使系统稳定运行。P0口做为ADC0809的数据总线，P24、P25、P26作为显示芯片的SPI总线输出。P10、P11、P12、P32作为ADC0809的控制线。同时P10P17作为8255的信号输入端，使单片机能检测到所测量的物理量和量程。十显示电路图313显示电路采用SPI总线LED驱动器TEC6122驱动8位数码管，使得整个系统响应时间最快，显示精度更高。采用4合1数码管，减少PCB表面走线提高系统稳定性。十一量程选择控制电路通过8255的控制与传输，使单片机就检测到所测量的物理量及其量程。图314物理量量程选择电路十二开关电路图315开关电路如上图，类似于常用的万用表开关，可以根据需要手动转换测量量的量程，根据所需要测量的量选择合适的量程。3222数字万用表控制硬件整体结构图电路原理图（见附录一）3223电路的工作过程描述此工作当然是要求在正确的程序都写入了各个芯片中才能完成工作，如上图312所示，当开关要测量电压、电流或者电阻时，则根据不同的量程需要分别选择不同的量程开关，于便得到最准确的测量数据。AT89S52的P0口做为ADC0809的数据总线，P24、P25、P26作为显示芯片的SPI总线输出。P10、P11、P12、P32作为ADC0809的控制线。ADC0809将测量的量转换成单片机能识别的量之后由所给程序控制输出，再送到显示芯片显示。显示芯片根据显示程序显示内容。本设计的原来要求是4位数码显示，但考虑到芯片TEC6122是驱动8位数码显示的，所以上面图中数码管TYP2不接上也是满足设计要求的，接上去只是满足芯片的8位驱动。4系统软件与流程图在系统软件与流程图里主要论述了，软件结构，软件设计等。41电路功能模块由总体设计框图41，本万用表由以下几部分功能模块组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、ADC使能控制、被测量显示、超限报警、等电路组成。程序中的子程序功能模块主要分成3个，延时、ADC转换、和显示，延时子程序在整个程序中多次被调用，ADC转换则是每次测量都会需要用到的，当进行测量时，ADC0809将被测量转换为2进制数发给单片机然后单片机根据软件协议送显示，显示子程序则包括一个8位字节的发送程序和一个TEC6122的驱动程序。复位电路震荡电路ADC输入89C51被测量显示超限报警ADC使能控制图41功能模块设计框图42系统总流程图系统初始化LED初始化P311使能A/D转换单片机接收数据P321转换结果送LED显示超限否报警YNYNYN开始结束返回图42系统总流程图43物理量采集处理流程图43物理量采集处理流程44电压测量过程流程图图44电压测量流程图45电流的测量过程流程图图45电流测量流程图46电阻的测量过程流程图图46电阻测量流程图47电容测量过程流程图图47电容测量流程图结论数字式万用表内部采用了多种振荡，放大，分频，保护等电路所以功能较多，比如可以测量温度，频率在一个较低的范围，电容,电感或做信号发生器等等。由于内部结构多用集成电路所以过载能力较差不过现在有些已能自动换档自动保护等但使用较复杂损坏后一般也不易修复。数字式万用表输出电压较低通常不超过1伏对于一些电压特性特殊的元件的测试不便如,可控硅,发光二极管等，由于数字万用表的测量范围很大，广泛应用于工业领域。本电路的设计刚比较简单，不过也有它的优点高精度、低功耗、量程宽、可扩展性强等。设计结果综述（1）、数字万用表完成的功能主要是对电压、电流、电阻的测量，它主要由分流电阻、分压电阻、基准电阻、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。（2）、数字万用表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，因此上面的设计只是设计用来测量电压电流电阻，其它量的测量则要添加扩展功能。（3）、单片机部分跟AD转换部分是整个设计的核心，ADC0809的参考电压VREFVCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值D/256VREF；AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和110592MHZ震荡电路，使系统稳定运行。（4）、在本次软件设计过程中，采用的是汇编语言。（5）、对于硬件的制作，由于布线麻烦，零件买不到，还有成本太高等原因，做起来复杂，捍接也很难，以致未能做出实物。致谢经过几个月的努力，毕业设计基本完成了。在毕业设计的实践中，学到很多有用的知识，也积累了宝贵的经验。在此要特别感谢老师，在做设计期间得到老师的精心指导，他对我们要求非常严格。毕业设计的顺利完成离不开老师的帮助的。同时感谢身边的同学，他们为我提供了很多宝贵的资料。本次毕业设计自始至是在他们的指导和帮助下完成的,在此再一次向他们致以深深的敬意和感谢同时由于自己本身对一些知识的掌握不是很深刻，设计难免会出现一些漏洞，虽然设计做的不是很完美，但是毕竟这是自己认认真真做出来的。希望各位老师给予指正。同时感谢母校对我四年来的教育和关心