毕业论文-单片机芯片AT89s52设计一个数字万用表

毕 业 论 文 正 文第1页 哈尔滨职业技术学院印制 摘要 本次设计用单片机芯片 AT89s52 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 AT89S52 单片机作为主控芯片，配以 RC 上电复位电路和 11.0592MHZ 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。 关键词：数字万用表；AT89S52 单片机；AD 转换与控制 毕 业 论 文 正 文第1页 哈尔滨职业技术学院印制 目目录录 绪论.1 一、数字万用表设计背景.3 （一）数字万用表的设计目的和意义3 （二）数字万用表的设计依据3 二、数字万用表总体设计方案.4 （一）数字万用表的基本原理4 （二）数字万用表的硬件系统设计总体框架图4 （三）硬件电路设计方案及选用芯片介绍5 （四）数字万用表的硬件设计19 三、系统软件与流程图.27 （一）电路功能模块27 （二）系统总流程图28 （三）物理量采集处理流程30 （四）电压测量过程流程图31 （五）电流的测量过程流程图33 （六）电阻的测量过程流程图34 （七）电容测量过程流程图35 结论.36 参考文献.37 致谢.38 毕 业 论 文 正 文第1页 哈尔滨职业技术学院印制 绪论 数字万用表亦称数字多用表，简称 DMM(DigtialMultimeter)。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（HDMM）已普遍 采用字高为 26mm 的大屏幕 LCD（液晶显示器） 。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 毕 业 论 文 正 文第2页 哈尔滨职业技术学院印制 数字万用表不公可以测量直流电压（DCV） 、交流电压（ACV） 、直流 电流（DCA） 、交流电流（ACA） 、电阻（） 、二极管正向压降（Uf） 、等 等。新型数字万用表大多增加了下述测试功能：读数保持（HOLD） 、逻辑 （LOGIC）测试等等。 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 1010000M，从 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 CMOS 大规模集成电路的 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 毕 业 论 文 正 文第3页 哈尔滨职业技术学院印制 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。 一、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。 （一）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。 （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 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。 毕 业 论 文 正 文第4页 哈尔滨职业技术学院印制 二、数字万用表总体设计方案 （一）数字万用表的基本原理 数字万用表的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 2.1。 图 2.1 数字万用表的基本组成 （二）数字万用表的硬件系统设计总体框架图 如下图 2.2 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。 毕 业 论 文 正 文第5页 哈尔滨职业技术学院印制 复位电路复位电路 震荡电路震荡电路 ADC 输入输入 被测量显示被测量显示 超限报警超限报警 ADC 使能控制使能控制 89s52 图 2.2 总体电路设计原理图 （三）硬件电路设计方案及选用芯片介绍 1设计方案 用单片机 AT89S52 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。 2芯片选择及功能简介 （1）AT89S52 芯片功能特性描述 AT89S52 引脚框图： 毕 业 论 文 正 文第6页 哈尔滨职业技术学院印制 图 2.3 AT89S52 芯片引脚图 AT89S52 主要性能： 1）与 MCS-51 单片机产品兼容 2）8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 3）1000 次擦写周期 4）全静态操作：0Hz33Hz 5）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 UART 串行通道 10）低功耗空闲和掉电模式 11）掉电后中断可唤醒 12）看门狗定时器 毕 业 论 文 正 文第7页 哈尔滨职业技术学院印制 13）双数据指针 14）掉电标识符 方框图： 图 2.4AT89S52 内部框图 功能特性描述： AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在 毕 业 论 文 正 文第8页 哈尔滨职业技术学院印制 系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术 制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存 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 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供 高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 256 字节 RAM， 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，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。 空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断 继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，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。 VCC：电源 GND：地 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位 能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“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，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。 在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接 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。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输 出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“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（IIL） 。此外，P1.0 和 P1.2 毕 业 论 文 正 文第9页 哈尔滨职业技术学院印制 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触 发输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口 接收低 8 位地址字节。 表 2.1 P1 口的第二功能 P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出 缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“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（IIL） 。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 MOVX DPTR）时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节 和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出 缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“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（IIL） 。P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 编程和校验时，P3 毕 业 论 文 正 文第10页 哈尔滨职业技术学院印制 口也接收一些控制信号。 表 2.2 P3 口的第二功能 RST：复位输入。晶振工作时，RST 脚持续 2 个机器周期高电平将 使单片机复位。 看门狗计时完成后， RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。 特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能无效。 DISRTO 默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时， 锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 flash 编程时，此引脚（PROG）也用作 编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以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，ALE 脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位置“1” ，ALE 操作将无效。这一位置“1” ，ALE 仅在 执行 MOVX 或 MOVC 指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 毕 业 论 文 正 文第11页 哈尔滨职业技术学院印制 ALE 使能标志位（地址为 8EH 的 SFR 的第 0 位）的设置对微控制器处 于外部执行模式下无效。 PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通 信号。当 AT89S52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机 器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。 EA/VPP： 访问外部程序存储器控制信号。 为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。为了执行内部程序指令， EA 应该接 VCC。 在 flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 Flash 编程并行模式： AT89S52 带有用作编程的片上 Flash 存储器阵列。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 Flash 或 EPROM 编程器。 AT89S52 程序存储阵列采用字节式编程。 （2）ADC0809 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。 1)ADC0809 的内部逻辑结构 毕 业 论 文 正 文第12页 哈尔滨职业技术学院印制 图 2.5ADC0809 的内部逻辑结构 上图可知， 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。 2)引脚结构 图 2.6 ADC0809 引脚结构图 IN0IN7：8 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。 毕 业 论 文 正 文第13页 哈尔滨职业技术学院印制 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 2.3 地址输入线的通道选择 CBA选择的通道 000IN0 001IN1 010IN2 011IN3 100IN4 101IN5 110IN6 111IN7 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。 毕 业 论 文 正 文第14页 哈尔滨职业技术学院印制 ADC0809 应用说明： a）ADC0809 内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51 单片机直接相 连。 b）初始化时，使 ST 和 OE 信号全为低电平。 c）送要转换的哪一通道的地址到 A，B，C 端口上。 d）在 ST 端给出一个至少有 100ns 宽的正脉冲信号。 e）是否转换完毕，我们根据 EOC 信号来判断。 f）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。 （3）TEC6122 简述 概述 1) 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、8X8 bit 移位寄存器电路、8X8 bit 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：+4V+6V 位扫描驱动电流80mA（VDD=+5V） 段扫描驱动电流10mA（VDD=+5V） 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 2.54mm ,标准 24pin 窄塑封双列直插封装 3) 位扫描共阴极 LED 显示原理 毕 业 论 文 正 文第15页 哈尔滨职业技术学院印制 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。 表 2.4 字符段码表 字形A B C D E F G D P 16 进制代码（无 小数点） 16 进制代码 （有小数点） 011111100FCHFDH 10110000060H61H 211011010DAHDBH 311110010F2HF3H 40110011066H67H 510110110B6HB7H 610111110BEHBFH 711100000E0HE1H 811111110FEHFFH 911110110F6HF7H A11101110EEHEFH B001111103EH3FH C100111009CH9CH D011110107AH7BH E100111109EH9FH F100011108EH8FH P11001110CEHCFH 毕 业 论 文 正 文第16页 哈尔滨职业技术学院印制 H011011106EH6FH 不显示0000000000H01H 4) 逻辑简要说明 SOABCDEFGDPOENOSC S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8LC PSC PSIVC C ( +5V ) TEC6122 TEC6122 管 脚 配 置 图 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 TEC6122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 TEC6122数 据 移 位 时 序 图 SI SCP 图 2.7TEC6122 逻辑图 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 毕 业 论 文 正 文第17页 哈尔滨职业技术学院印制 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，OEN=1，允许输出，OEN=0，S1S8 输出为高阻状态（三态） 。 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 bit 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 8X8 bit 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，OEN=1，允许输出。OEN=0，禁止输 出，A，B，C，D，E，F，G，DP 为高阻状态（三态） 。 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。 SO：8X8bit 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 8X8 bit 串行移位寄存器中的数锁存到 8X8 bit 段数据锁存 毕 业 论 文 正 文第18页 哈尔滨职业技术学院印制 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 LCP=1,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，LCP=0, 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， LCP=0, 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。OEN=1，允许位扫描信号一 S1 一 S8 输出，允许段 A，B，DP 输出。OEN=0，一 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 8X8 bit 串行移位寄存器，然后打入 8X8 bit 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S1 毕 业 论 文 正 文第19页 哈尔滨职业技术学院印制 S8 频率为 1KHz2KHz。 （四）数字万用表的硬件设计 1.分模块详述系统各部分的实现方法 （1）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 500MA 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 2.8 电源电路 在图 2.8 的电路里稳压器 7805 的压降是 2.5V，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 1.5V，由此得 R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200 欧姆 （2）输入端 图 2.9 万用表正表笔输入端电路 毕 业 论 文 正 文第20页 哈尔滨职业技术学院印制 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。 （3）分流电阻 图 2.10 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。 （4）分压电阻 图 2.11 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。 （5）基准电阻 毕 业 论 文 正 文第21页 哈尔滨职业技术学院印制 图 2.12 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/Vref*500=500 ， 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。 （6）交直流处理电路 图 2.13 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。 毕 业 论 文 正 文第22页 哈尔滨职业技术学院印制 （7）ADC 部分 图 2.14ADC0809 转换电路 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/256*VREF) （8）报警部分 图 2.15 报警电路 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 P3.3 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。 （9）单片机最小系统 毕 业 论 文 正 文第23页 哈尔滨职业技术学院印制 图 2.16 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 11.0592MHZ 震荡电路，使系统稳定运行。P0 口做 为 ADC0809 的数据总线，P2.4、P2.5、P2.6 作为显示芯片的 SPI 总线输 出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2 作为 ADC0809 的控制线。同时 p1.0-p1.7 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。 （10）显示电路 毕 业 论 文 正 文第24页 哈尔滨职业技术学院印制 图 2.17 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。 （11）量程选择控制电路 图 2.18 物理量量程选择电路 毕 业 论 文 正 文第25页 哈尔滨职业技术学院印制 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。 （12）开关电路 图 2.28 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。 2数字万用表控制硬件整体结构图 电路原理图（见附录一） 3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 3.12 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，P2.4、P2.5、P2.6 作为显 毕 业 论 文 正 文第26页 哈尔滨职业技术学院印制 示芯片的 SPI 总线输出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2 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。 毕 业 论 文 正 文第27页 哈尔滨职业技术学院印制 三、 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。 （一）电路功能模块 由总体设计框图 3.1，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。 复位电路复位电路 震荡电路震荡电路 ADC 输入输入 被测量显示被测量显示 超限报警超限报警 ADC 使能控制使能控制 89s52 图 3.1 功能模块设计框图 毕 业 论 文 正 文第28页 哈尔滨职业技术学院印制 （二）系统总流程图 毕 业 论 文 正 文第29页 哈尔滨职业技术学院印制 开始 系统初始化 LED 初始化 P3.1=1？ 使能 A/D 转换 单片机接收数据 P3.2=1？ 转换结果 送 LED 显示 超限否？ 结束 报警 Y N Y N Y N 图 3.2 系统总流程图 毕 业 论 文 正 文第30页 哈尔滨职业技术学院印制 （三）物理量采集处理流程 图 3.3 物理量采集处理流程 毕 业 论 文 正 文第31页 哈尔滨职业技术学院印制 （四）电压测量过程流程图