基于51单片机的数字万用表设计

本科毕业设计（论文）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 转换与控制本科毕业设计（论文）AbstractThis design is design a digital universal meter with chip AT89s52 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89S52 one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses TEC6122, urge 8 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of procedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system. Keyword: Digital universal meter AT89S52 one-chip computer AD changes and controls 本科毕业设计（论文）目 录摘 要 .iAbstract.ii绪 论 .51. 数字万用表设计背景 .71.1 数字万用表的设计目的和意义 .71.2 数字万用表的设计依据 .71.3 数字万用表设计重点解决的问题 .72 数字万用表总体设计方案 .72.1 数字万用表的基本原理 .72.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图 .132.3 硬件电路设计方案及选用芯片介绍 .142.3.1 设计方案 .142.3.2 芯片选择及功能简介 .142.4 数字万用表的硬件设计 .252.4.1 分模块详述系统各部分的实现方法 .252.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图 .302.4.3 电路的工作过程描述 .303. 系统软件与流程图 .323.1 电路功能模块 .323.2 系统总流程图 .323.3 物理量采集处理流程 .343.4 电压测量过程流程图 .343.5 电流的测量过程流程图 .363.6 电阻的测量过程流程图 .373.7 电容测量过程流程图 .39结 论 .40致 谢 .41参考文献 .42本科毕业设计（论文）绪 论数字万用表亦称数字多用表,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，从被测电路上吸取本科毕业设计（论文）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。本科毕业设计（论文）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。1.1 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。1.2 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。1.3 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。2 数字万用表总体设计方案2.1 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 2.1。本科毕业设计（论文）图 2.1 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 =0.1mV，我们把被测电压 U与 比较，看 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=0.1%)。最常见的数字表头的最大示数为 1999，被称为三位半(132)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 mV 为单位的被测电压 U的大小。如： 是 (0.1mV)的 1234 倍，即 N=1234，显示结果为 123.4(mV)。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-199.9199.9 的电压，显示精度为 0.1 。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 2.2 所示， 0U为电压表头的量程(如 200mV)， r为其内阻(如 10M)， 1r、本科毕业设计（论文）2r为分压电阻， 10U为扩展后的量程。图 2.2 分压电路原理 图 2.3 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 2.3，5 档量程的分压比分别为 1、0.1、0.01、0.001 和0.0001，对应的量程分别为 2000V、200 、20 、2 V和 200m。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 2.4 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。例如：其中 200V档的分压比为 01.54321 MkRR图 2.4 使用分压电路本科毕业设计（论文）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 MRR1054321总再计算 2000V档的电阻 K0.5总再逐档计算 4R、 5、 2、 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 1000 。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 2.5，由于 rR?，取样电阻 上的电压降为iUIR即被测电流 iiUI图 2.5 电流测量原理 图 2.6 多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 0RI如 0U=200mV，则 =200 A档的分流电阻为 1R。多量程分流器原理电路见图 2.6。图 2.6 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 2.7所示。 本科毕业设计（论文）图 2.7 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 5R)(1.0250msIUR再计算下一档的 4)(9.012.540Im依次可计算出 5R、 和 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 0.7V，二极管立即导通，两端电压被限制住(小于0.7V)，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-直流(AC-DC)变换器，图 2.8 为其原理简图。 该 AC-DC 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） 、 电阻测量原理图 2.7 实用分流器电路图 2.8 AC-DC 变换器原理简图本科毕业设计（论文）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 2.9。 由稳压管 ZD 提供测量基准电压，流过标准电阻 0R和被测电阻 X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 RFEU和输入电压 INU有如下关系： xIREF0即 0UREFINx根据所用 A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是 IN与 RFE的比值，当 INU= RFE时显示“1000”， I=0.5 时显示“500” ，以此类推。所以，当 0X时，表头将显示“1000” ，当 0.5XR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 X=100 时，表头就会显示出100.0 。当 变化时，显示值相应变化，可以从 0.1 测到 199.9 。又如对 2k档，取 021Rk，小数点定在千位上。当 X变化时，显示值相应变化，可以从 0.001k测到 1.999k。其余各档道理相同，同学们可自行推演。图 2.9 电阻测量原理图 2.10 电阻测量本科毕业设计（论文）数字万用表多量程电阻档电路见图 10。由上分析可知， 10213209Rk图 2.10 中由正温度系数(PTC)热敏电阻 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 1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 只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作， 1R和 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。2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图如下图 2.11 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。本科毕业设计（论文）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89s52图 2.11. 总体电路设计原理图2.3 硬件电路设计方案及选用芯片介绍2.3.1 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。本科毕业设计（论文）2.3.2 芯片选择及功能简介1、AT89S52 芯片功能特性描述AT89S52 引脚框图：图 2.12 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：0Hz 33Hz 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l 1、掉电后中断可唤醒l2、 看门狗定时器13、双数据指针l 4、掉电标识符方框图：本科毕业设计（论文）图 2.13 AT89S52 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，本科毕业设计（论文）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 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 输出缓冲器能驱动本科毕业设计（论文）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 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 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。本科毕业设计（论文）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。编程方法：对 AT89S52 编程之前，需根据 Flash 编程模式表和图 13、图 14 对地址、数据和控制信号设置。可采用下列步骤对 AT89S52 编程：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 EA/Vpp 升至 12V 5每给 Flash 写入一个字节或程序加密位时，都要给 ALE/PROG 一次脉冲。字节写周期时自身定制的，典型值仅 50us。改变地址、数据重复第 1 步到第 5 步知道全部文件结束。Data Polling AT89S52 用 Data Polling 作为一个字节写周期结束的标志特征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 图 2.14 ADC0809 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 转换本科毕业设计（论文）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 2.15 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。 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C B A 选择的通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7本科毕业设计（论文）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。 3、TEC6122 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、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） 。要显示本科毕业设计（论文）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 DP 16 进制代码（无小数点） 16 进制代码（有小数点）0 1111 1100 FCH FDH1 0110 0000 60H 61H2 1101 1010 DAH DBH3 1111 0010 F2H F3H4 0110 0110 66H 67H5 1011 0110 B6H B7H6 1011 1110 BEH BFH7 1110 0000 E0H E1H8 1111 1110 FEH FFH9 1111 0110 F6H F7HA 1110 1110 EEH EFHB 0011 1110 3EH 3FHC 1001 1100 9CH 9CHD 0111 1010 7AH 7BHE 1001 1110 9EH 9FHF 1000 1110 8EH 8FHP 1100 1110 CEH CFHH 0110 1110 6EH 6FH不显示 0000 0000 00H 01H本科毕业设计（论文）（4）逻辑简要说明SO A B C D E F G DP OENOSC-S1-S2-S3-S4-S5-S6-S7-S8LCPSCPSIVCC ( +5V )TEC6122TEC6122 -S1-S2-S3-S4-S5-S6-S7-S8TEC6122TEC6122SISCP图 2.16 TEC6122 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。S1 S8 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。送入串本科毕业设计（论文）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） 。（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。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 是异本科毕业设计（论文）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 S8 频率为 1KHz2KHz。2.4 数字万用表的硬件设计2.4.1 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 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。 70pF31296485UV+图 2.17 电源电路在图 2.9 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 欧姆二、输入端图 2.18 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、分流电阻本科毕业设计（论文）图 2.19 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 2.20 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 2.21 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本科毕业设计（论文）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。六、交直流处理电路图 2.22 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 部分图 2.23 ADC0809 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)八、报警部分本科毕业设计（论文）图 2.24 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。九、单片机最小系统图 2.25 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 作为本科毕业设计（论文）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。十、显示电路图 2.26 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、量程选择控制电路本科毕业设计（论文）图 2.27 物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。2.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图 电路原理图（见附录一）2.4.3 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。AT