简易数字万用表设计

课程设计论文 1 1 设计任务 设计任务 1 1 设计目的 采用 8 位 8 路 A D 转换器 ADC0809 和 AT89S52 单片机 设计一台数字多用表 能进行电压 电流和电阻的测量 测量结果通过 LED 数码管显示 通 过按键进行测量功能转换 1 2 设计指标及要求 电压测量范围 0 5V 测量误差约为0 02V 电流测量范围 1 100mA 测量误差约为0 5mA 电阻测量范围 0 1000 测量误差约为2 2 设计思路与总体框图 设计思路与总体框图 2 1 设计思路 首先利用 P0 口数据地址复用 将地址通过 P0 口输入到单片机中 再利用模数转换将模拟信号转换成数字信号 再次利用 P0 口将其输入到单片机 最后 充分利用单片机强大的运算转化功能将其转成适当的二进制信号控制数显以确保正确的显示被测量的读数 2 2 总体框图 3 系统硬件电路的设计 系统硬件电路的设计 3 1 数字多用表的主电路 数字多表仪表主电路如图 1 所示 89S52 单片机通过线选方式扩展了 A D 转换器 ADC0809 和 4 位 LED 数码管 单片机的 P2 7 引脚作为 ADC0809 的片 选信号 因此 A D 转换器的端口地址为 7FFFH 片选信号和信号一起经或非门产生 ADC0809 的启动信号 START 和地址锁存信号 ALE 片选信号和WR 信号一起经或非门产生输出允许信号 OE OE 1 时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总路线 ADC0809 的 EOC 信号经反相后接到 89S52RD 的引脚 用于产生 A D 转换完成中断请求信号 ADC0809 芯片的 3 位模拟量输入通道地址输入端 A B C 分别接到 89S52 的 P0 0 P0 1 和 P0 2 故1INT 只要向端口地址 0C000H 分别写入 00H 07H 即可启动模拟量输入通道 0 7 进行 A D 转换 ADC0809 参考正电压为 5V 参考负电压为 0V 时钟输入为 2MHz 课程设计论文 2 课程设计论文 3 图 1 数字多用表的主电路图 单片机的 P1 0 P1 2 引脚通过一个转换开关接地 通过判断 P1 0 P1 2 引脚电平的高低 决定 是否进行电阻测量 电压测量或电流测量 3 2 数字多用表的电阻测量输入电路 图 2 所示为数字多用表的电阻测量输入电路 运算放大器的反馈电阻 R 作为待测量电阻 通过 x 1000 电阻 R接到电源 5V 假定运算放大器理想 那么放大器的输出电压 RV 将 RV 送给 ADC0809 转换后得到数字量 19 19 5 R Rx 为 DV 单片机读取 A D 转换数据 再经过逆向运算可得 R 注意此时得到的 R 为二进制数 需要转化为十 5 255 RV x 255 19 RDV x 进制数后才能送给数码管显示 程序中采用 4 字节专利号除法 连续进行 4 次除以 10 的除法 依 1000 范围内不超过 2 如果测 量其他范围的电阻 需要修改的数值 或者采用其他电路 19 R 3 3 电压测量输入电路 图 3 所示为数字多用表的电压测量输入电路 待测电压经过低通滤波器滤除高频干扰 再通过同相放大器送给 ADC0809 电压测 量范围为 0 5V ADC0809 的分辨率为 8 位 测量误差为 5 2550 02V 课程设计论文 4 3 4 电流输入测量电路 图 4 所示为数字多用表的电流输入电路 电流测量范围为1 100mA 因为 ADC0809 是电压转换器件 必须交电流转换为电压才能进行 测量 这可以通过串接电阻 R 来实现 注意 R 必须很小 例如 00 1 否则影响电流数值 由于待测电流和 R 都很小 R 两端的 LLLL 电压也很小 必须将其放大到 ADC0809 能够分辨的范围之内 课程设计论文 5 假设待测电流大小为 I R 两端节点电压分别为 V 和 V V 经过反向缓冲电路之后 V V V 和 V 经过差分放大电路得 LABACAAB V V V V V DBA 27 29 R R BA 27 29 27 29 R R RI R R L 再经过同相放大电路得 AV V D 3521 0 1 1 30 32 27 29 30 32 I R R R R RI R R L 将 AV 送给 ADC0809 转换后得到数字量为 课程设计论文 6 DAV 5 897601 0 5 2553521 0 5 255 IIAV 单片机读取 A D 转换数据 再经过逆向运算可得 I 897601 0 5 DAV 有两个问题值得注意 首先 由于电流的单位是 mA 不能直接计算 I 的值应先变换为 I 再进行计算 其次 这么 89760 50000 DAV 算出来的电流值误差比较大 原因是 LM324 不是精密理想运算放大器 当输入信号很小时误差比较大 因此需要对计算数值进行修 正 方法是先计算 DAV 50000 然后将结果减去 102000 这个数值是通过反复测试并经过曲线拟合得到的 5 系统的设计仿真 系统的设计仿真 课程设计论文 8 A B C D E F G H 1 2 3 4 A B C D E F G H 2 3 1 U4 A 74LS02 5 6 4 U4 B 74LS02 P1 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 T2 1 P1 1 T2EX 2 P1 2 ECI 3 P1 3 CEX0 4 P1 4 CEX1 5 P1 5 CEX2 6 P1 6 CEX3 7 P1 7 CEX4 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 8051 5V OUT1 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF 12 VREF 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 OUT5 8 EOC 7 OE 9 CLOCK 10 OUT2 20 OUT7 14 OUT6 15 OUT8 17 OUT4 18 OUT3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U2 ADC0808 8 9 10 U4 C 74LS02 C1 10u R110k C3 22p X1 CRYSTAL C2 22p D0 3 Q0 2 D1 4 Q1 5 D2 7 Q2 6 D3 8 Q3 9 D4 13 Q4 12 D5 14 Q5 15 D6 17 Q6 16 D7 18 Q7 19 OE 1 CLK 11 U3 74LS374 待待测测电电压压 5V 10k VV AV 1 2 3 4 测测电电阻阻 测测电电压压 测测电电流流 CV 5V 500CA 5V 待待测测电电阻阻 709 R19 1000 10 9 8 411 U6 C LM324 待待测测电电流流 测测量量转转换换 11 12 13 U4 D 74LS02 RD P2 7 WR 12 U5 A 74LS04 P2 7 WR RD 课程设计论文 25 VC VD AV VAVB R20 30 RL 0 1 3 2 1 411 U7 A LM324 5 6 7 411 U7 B LM324 R25 100k R26 100k R27 100k R28 100k R29 2 2M 5V 5V 12 13 14 411 U6 D LM324 R24 100k R30 100k R32 1 5M 待待测测电电流流反反相相缓缓冲冲电电路路差差分分放放大