基于单片机的数字万用表设计方案

1 基于单片机的数字万用表设计方案 绪 论 数字万用表亦称数字多用表 ,简称 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。 数字万用表具有以下几点特点： 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（ 普遍采用字高为 26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）显示位数 数字万用表的显示位数通常为 3 位半到 8 位半。 3）准确度高 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，准确度愈高，测量误差愈小。数字万用表的准确度远优于指针万用表。 4）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。 5）测试功能强 数字万用表不公可以测量直流电压（ 交流电压（ 直流电流（ 交流电流（ 电阻（）、二极管正向压降（ 等等。新型数字万用表大多增加了下述测试功能：读数保持（ 逻辑（ 试等等。 6）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。 7）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 25 次 /秒。有的能达 2 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。 8）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 1010000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。 9）集成度高，微功耗 新型数字万用表普遍采用 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。 10）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。 总体设计方案 3 1. 数字万用表设计背景 在 本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及系统概述等。 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。 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 2002v ,20v,200v 和 级量程的交流电压测量，其量程范围是 2002v ,20v,200v 和 级量程的直流电流测量，其量程范围是 2 202002A 和 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、 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。 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。 2 数字万用表总体设计方案 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 4 图 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 =我们把被测电压 U 与 比较，看 U 是 的多少倍，并把结果四舍五入取为整数 N (二进制 )。一般情况下， N 1000 即可满足测量精度要求 (量化误差 1/1000=。最常见的数字表头的最大示数为 1999，被称为三位半 ( 13 2 )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 单位的被测电压 U 的大小。如： U 是 (的 1234 倍，即 N =1234，显示结果为 123.4(。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 示精度为 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 5 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 示， 0U 为电压表头的量程 (如 200， r 为其内阻 (如 10M )， 1r 、 2r 为分压电阻， 10U 为扩展后的量程。 图 压电路原理 图 量程分压器原理 由于 r以分压比为 21200 rr 扩展后的量程为 02 210 多量程分压器原理电路见图 5档量程的分压比分别为 1、 应的量程分别为 2000V 、 200V 、 20V 、 2V 和 200 采用图 3 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 示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。 图 用分压电路 6 例如：其中 200V 档的分压比为 R 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 054321 总 再计算 2000V 档的电阻 总 再逐档计算 4R 、 5R 、 2R 、 1R 。 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的电压，再进行测量。如图 于 样电阻 R 上的电压降为 R 即被测电流 I R 图 流测量原理 图 量程分流器电路 若数字表头的电压量程为 0U ，欲使电流档量程为 0I ，则该档的取样电阻 (也称分流电阻 )为 0 0 7 如 0U =200则 0I =200R。 多量程分流器原理电路见图 图 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 示。 图 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 5R )(R )( 依次可计算出 5R 、 2R 和 1R 。 图中的 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 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 二极管立即导通，两端电压被限制住 (小于 ，保护仪表不被损坏。 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 换器，图 其原理简图。 该 换器主要由集成运算放大器、整流二极管、 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图 用分流器电路 图 换器原理简图 8 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 由稳压管 供测量基准电压，流过标准电阻 0R 和被测电阻 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 输入电压 如下关系： 即 0 根据所用 A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是 比值，当 显示“ 1000”， 显示“ 500”，以此类推。所以，当 0时，表头将显示“ 1000”，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 01R =100 ，小数点定在十位上。当 100 时，表头就会显示出 。当 示值相应变化，可以从 。 又如对 2k 档，取 02 1，小数点定在千位图 阻测量原理 图 阻测量 9 上。当 化时，显示值相应变化，可以从 测到 。 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 10。 由上分析可知， 1 0 12 0 2 0 13 0 3 0 21001 0 0 0 1 0 0 9 0 01 0 1 9 R k k k 图 由正温度系数 (敏电阻 1R 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 1R 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， 1R 和 T 都能恢复正常。 6）、 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。 字万用表的硬件系统设计总体框架图 如下图 示，本万用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、 测量显示、超限报警、 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； 入则是将输入量进行 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； 能控制则用来对输入量进行控制， 允许输入或者不允许。 10 图 总体电路设计原理图 件电路设计方案及选用芯片介绍 计方案 用单片机 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 量程范围是 2v ,20v,200v 和 量程范围是 2,2000 量程范围是 2k ,20k,200M.，并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。 复位电路 震荡电路 入 被测量显示 超限报警 能控制 8911 片选择及功能简介 1、 片功能特性描述 脚框图： 图 片引脚图 要性能： 1、 与 片机产品兼容 2、 8K 字节在系统可编程 储器 3、 1000 次擦写周期 4、全静态操作： 0335、 三级加密程序存 储器 6、 32 个可编程 I/O 口线 7、三个 16 位定时器 /计数器 8、八个中断源 9、全双工 行通道 10、低功耗空闲和掉电模式 l 1、掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 13、双数据指针 l 4、掉电标识符 方框图： 12 图 部框图 功能特性描述： 一种低功耗、高性能 微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器。使用 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80品指令和引脚完全兼容。片上 许程序存 储器在系统可编程，亦适于常规程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 有以下标准功能： 8k 字节 256 字节 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针，三个 16 位定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全 13 双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， 降至 0态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， 止工作，允许 时器 /计数器 、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， 容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 电源 地 ： 是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 口写“ 1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时， 也被作为低 8 位地址 /数据复用。在这种模式下， 有内部上拉电阻。在 程时， 也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 此外， 别作定时器 /计数器 2 的外部计数输（ 2）和时器/计数器 2 的触发输入（ 2具体如下表所示。在 程和校验时， 位地址字节。 表 1 口的第二功能 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 ， 送出高八位地址。在这种应用中， 使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 问外部数据存储器时， 输出 存器的内容。在 程和校验时， 也接收高 8 位地址字节和 一些控制信号。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为 14 输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 亦作为 殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 程和校验时， 也接收一些控制信号。 表 3 口的第二功能 复位输入。晶振工作时， 持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时 完成后， 输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 址 8的 可以使此功能无效。 认状态下，复位高电平有效。 址锁存控制信号（ 访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 程时，此引脚（ 用作编程输入脉冲。 在一般情况下， 晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， 冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8 第 0 位置 “ 1”， 作将无效。这一位置 “ 1”， 在执行 令时有效。否则， 被微弱拉高。这个 能标志位（地址为 8 第 0 位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 部程序存储器选通信号（ 外部程序存储器选通信号。 当 外部程序存储器执行外部代码时， 每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时， 不被激活。 问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到 外部程序存储器读 取指令， 须接 为了执行内部程序指令， 该接 15 在 程期间， 接收 12 伏 压。 荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 程并行模式： 有用作编程的片上 储器阵列。编程接口需要一个高电压（ 12V）编程使能信号，并且兼容常规的第三方 程器。 序存储阵列采用字节式编程。 编程方法： 对 程之前，需根据 程模式表和图 13、图 14 对地址、数据和控制信号设置。可采用下列步骤对 程： 1在地址线上输入编程单元地址信号 2在数据线上输入正确的数据 3激活相应的控制信号 4把 至 12V 5每给 入一个字节或程序加密位时，都要给 次脉冲。字节写周期时自身定制的，典型值仅 50变地址、数据重复第 1 步到第 5 步知道全部文件结束。 为一个字节写周期结束的标志特征 2、 绍 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 件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 （ 1） 内部逻辑结构 图 内部逻辑结构 上图可知， 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 16 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，当为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 （ 2） 引脚结构 图 脚结构图 8 条模拟量输入通道 输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 0 5V，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 地址锁存允许输入线，高电平有效。当 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 的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 表 址输入线的通道选择 C B A 选择的通道 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 17 数字量输出及控制线： 11 条 转换启动信号。当 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， 保持低电平。 转换结束信号。当 高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 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。 1，输出转换得到的数据； 0，输出数据线呈高阻状态。 数字量输出线。 时钟输入信号线。因 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 500 ）， ）为参考电压输入。 用说明 ： （ 1） 部带有输出锁存器，可以与 片机直接相连。 （ 2） 初始化时，使 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 给出一个至少有 100的正脉冲信号。 （ 5） 是否转换完毕，我们根据 号来判断。 （ 6） 当 为高电平时，这时给 高电平，转换的数据就输出给单片机了。 3、 述 （ 1）概述 阴极 8 码管（ 8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、 8X8 位寄存器电路、8X8 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 供驱动 8 位 共阴极 码管（ 8阵）。 （ 2）特点 工作电压： +4V+6V 位扫描驱动电流 805V） 段扫描驱动电流 105V） 可驱动高彩色 可通过 N 个 联实行 示 管脚间距 标准 24塑封双列直插封装 （ 3）位扫描共阴极 示原理 位扫描共阴极 示原理图及位扫描波形如附图。 位扫描信号接 ， 序依次出现，循环反复。 示第一位（个位）， 示第二位（十位），依次地 示第八位（千万位）。要显示的段码 A， B， 由 次分别选通送出， ， 个位，其它位不显示。同样地 出 ， 千万位，其它位不 18 显示，这就是位扫描共阴极 示原理。 表 符段码表 字形 A B C D E F G 6 进制代码 （无小数点） 16 进制代码 （有小数点） 0 1111 1100 0110 0000 60H 61H 2 1101 1010 1111 0010 3H 4 0110 0110 66H 67H 5 1011 0110 7H 6 1011 1110 1110 0000 1H 8 1111 1110 1111 0110 7H A 1110 1110 0011 1110 3 1001 1100 9 0111 1010 7 1001 1110 9 1000 1110 8 1100 1110 0110 1110 6显示 0000 0000 00H 01H 19 （ 4）逻辑简要说明 B C D E F G E N O S C C ( + 5 V ) 6 1 2 2 6 1 2 2 管脚配置图 6 1 2 2 位扫描波形图低电平数据准备 高电平数据稳定允许数据变化 上升沿数据右移一位低电平数据准备 高电平数据稳定允许数据变化 上升沿数据右移一位 6 1 2 2 数据移位时序图 辑图 加电自清电路： 片内加电自清电路使 8移位寄存器 , 8数据锁存器，振荡时钟分频电路清“ 0”，清“ 0”期间 显示，开机自清后 示“ 0”。 振荡电路，位扫描驱动电路： 振荡电路是 荡器 ,R 在电路内部，只需外加电容 470 )就构成 荡器，振荡脉冲经分频组合成 扫描驱动信号。 动第一位 (个位） , , 动第八位（千 万位）。 开路输出， 这它的负载。 出受 制， ，允许输出， ， 出为高阻状态（三态）。 8行移位寄存器： 8行移位寄存器 数据输入， 数据输出， 移位脉冲。送入串行移位寄存器中的数是 A， B， 数据，不是 数据。每次送入 8码数据 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 最低位，最先送入。 A 是高位，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 20 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 8X8 行移位寄存器中的段码数据在 入锁存器脉冲作用下，锁存到8X8 数据锁存器。数据锁存器中的段码经多路选择器， 送第一位（个位）1, ,码显示 ;依次地 ,第 8 位（千万位） ， 码显示。 段码 A， B， C， D， E， F， G， 出受 制， ，允许输出。 ，禁止输出， A， B， C， D， E， F， G， 高阻状态（三态）。 （ 5）引脚信号及功能说明： 行数据输入。输入数据由微处理器（计算机）程序给出。 行移位脉冲。移位脉冲个数由微处理器（计算机）程序控制。 8行移位寄存器数据输出。 下一个 路的 扩展 路。 8X8 行移位寄存器中的数锁存到 8X8 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 A、通常的办法是把 接连到 电源 因 ,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， , 数据移位完成，发 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， 做片选信号使用。数据移位前， , 数据移位完成，发 冲，把串行移位寄存器中的数并行打入数据锁存器显示。 出允许信号，高电平有效。 ，允许位扫描信号 一 出，允许段 A， B， 出。 ，一 高阻状态（三态）， A， B，高组状态（三态）。 二种使用方法同 A， B， 输出信号，开路输出， 负载。 扫描驱动信号， 第一位（十进制个位）， 第二位（十进制十位）， 第 8 位（十进制千万位）。 荡电路输入端。微处理器产生的移位脉冲与显示扫描信号 异步工作的。微处理器的任务是把要显示的数据移入 8X8 行移位寄存器，然后 打入 8X8 据锁存器，后面就由 制显示。振荡电路是一个 R C 振荡器。 R 做在电路内部， 接电容约 470 ）构成 R C 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 示不要出现闪烁即可，通常 率为 1 21 字万用表的硬件设计 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 12V 500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。 7020V+5源电路 在图 电路里稳压器 7805 的压降是 移电流是 6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 此得 R=U/I=(、输入端 图 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 流电阻电路 22 如上图，使用有一定规律的 12 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 四、分压电阻 图 压电阻电路 如上图，使用有一定规律的 6 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 200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 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 参考 电压 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 /00=500 ，按照需要 再由 制转换送 制 点亮 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 23 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 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、 分 图 换电路 由于 参考电压 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/256*八、报警部分 24 图 警电路 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 得 通。使得 地导通，蜂鸣器发出响声。 九、单片机最小系统 图 片机最小系统电路 本次设计采用 司的 片机作为主控芯片，配以 电复位电路和 荡电路，使系统稳定运行。 做为 数据总线， 为显示芯片的 线输出。 为 控制线。同时 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 25 图 示电路 采用 线 动器 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 面走线提高系统稳定性。 十一、量程选择控制电路 图 理量量程选择电路 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。 十二、开关电路 26 图 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。 数字万用表控制硬件整体结构图 电路原理图（见附录一） 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 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。 做为 数据总线，为显示芯片的 线输出。 为 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 驱动 8 位数码显示的，所以上面图中数码管 上去只是满足芯片的 8 位驱动。 系 统 软 件 设 计 27 3. 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。 路功能模块 由总体设计框图 万用表由以下几部分功能模块组成，复位电路、震荡电路、 入、 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、 换、和显示，延时子程序在整个程序中多次被调用， 换则是每次测量都会需要用到的，当进行测量时， 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 驱动程序。 图 能模块设计框图 统总流程图 复位电路 震荡电路 入 被测量显示 超限报警 能控制 89 系 统 软 件 设 计 28 图 统总流程图 开始 系统初始化 始化 ？ 使能 A/D 转换 单片机接收数据 ？ 转换结果 送 示 超限否？ 结束 报警 Y N Y N Y N 系 统 软 件 设 计 29 理量采集处理流程： 图 理量采集处理流程 压测量过程流程图： 系 统 软 件 设 计 30 图 压测量流程图 系 统 软 件 设 计 31 流的测量过程流程图： 图 流测量流程图