单片机数字万用表课程设计

1、 单片机课程设计题 目： 基于单片机的数字多用表设计 专 业： 电力系统及其自动化 班 级： 本自动化 姓 名： 学号： 指导老师： 小组成员： 成 绩： 摘要 本次设计采用单片机芯片AT89S51与ADC0809设计一个数字电压表，能够测量05V之间的直流电压值，四位数码显示，但要求使用的元器件数目最少。为使系统更加稳定，使系统的整体精度得以保障，本电路使用了ADC0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S51作为主控芯片，配以RC上电复位电路和震荡电路，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 AT89S51单片机 AD转换与控制 目 录摘要2关键词2

2、绪论1.数字万用表设计背景4 1.1 数字万用表的设计目的和意4 1.2 数字万用表的设计依据.41.3 数字万用表设计重点解决的问题42.数字万用表总体设计方案5 2.1数字万用表的基本原理. . .52.2芯片选择及功能简介.2.3电路原理图及仿真图. .2.4系统板上硬件连线. . 2.5程序设计内容. . 2.6C语言源程序. . 3 总结.4心得体会5 参考文献.13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

3、的需求，采用单片机的数字万用表，已被广泛用于电子及工业测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能测量领域，显示出强大的生命力。数字万用表具有以下几点优势：（1） 显示清晰直观，计数准确为了提高观察的清晰度，新型的手势式数字万用表已普遍采用字高为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

4、压量程上末位1个字所代表的电压值，称作仪表的分辨率，宏观世界反映了仪表灵敏度的高低，分辨率随显示位数的增加而提高。（5） 测试功能强 数字万用表不止可以测量直流电压，直流电流，电阻二极管正向压降等等。（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广。（7） 测量速率快数字万用表在每秒中内对被电压的测量次数称为测量速率，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2到5次/秒。有的呢过达到20次/秒以上，另外有的比这个还要高得多。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 数字万用表电压档具有很高的输入阻抗，通

5、常为10至10000M欧姆，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） 保护功能完善，抗干扰能力强数字万用表具有比价完善的保护电路，过载能力强，新型的数字万用表还增加了高压保护器件，能防止浪涌电压。本设计就是居于这个设计理念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。1数字万用表的设计背景 在本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及其系统概述等。 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，

6、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，能够测量直流电压值，直流电流、直流电阻。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。由此设想出以下的解决方法，

7、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直流电压，直流电流，还有能够测电量阻。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)

8、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。（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。（3）多量程数字电流表原理测量

9、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。（4）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。由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻和被测电阻的电流基本相等2.2芯片选择及功能简介这次的课程设计中，我们这一种选择了芯片AT89S51和ADC0809。AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成

10、了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装，芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为1、2、3、4、40，其中芯片的1脚顶上有个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。1、主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线2、外接晶振引脚

11、（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路输出端3、控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。4、可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I

12、/O口线，名称为P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7。AT89S51的主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容 4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器 1000次擦写周期 4.05.5V的工作电压范围 全静态工作模式：0Hz33MHz 三级程序加密锁 128×8字节内部RAM 32个可编程IO口线 2个16位定时计数器 6个中断源 全双工串行UART通道 低功耗空闲

13、和掉电模式 中断可从空闲模唤醒系统 看门狗（WDT）及双数据指针 掉电标识和快速编程特性 灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 1主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0+5V，不

14、需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 2内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 3外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。 2-12-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换

15、启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。STA

16、RT上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-5

17、1单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。 不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。2.3电路原理图2.4系统板上硬件连接a)

18、         把“单片机系统”区域中的P1.0P1.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口用8芯排线连接。b)        把“单片机系统”区域中的P2.0P2.7与“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排线连接。c)        把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的ST端子用导线相连接。d) 

19、60;      把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的OE端子用导线相连接。e)         把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的EOC端子用导线相连接。f)         把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的CLK端子用导线相连接。g)      

20、0; 把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到“电源模块”区域中的GND端子上。h)        把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可调电压模块”区域中的VR1端子上。i)          把“单片机系统”区域中的P0.0P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。2.5程序设计内容 1.  由于ADC0809在进行A/D转换

21、时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在AT89S51单片机的P3.3端口上，也就是要求从P3.3输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。   2.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)2.6C语言源程序#include <AT89X52.H> unsigned char code dispbitcode=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f; uns

22、igned char code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00; unsigned char dispbuf8=10,10,10,10,10,0,0,0; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; long int i; 代替原来的unsigned char i; sbit ST=P30; sbit OE=P31; sbit EOC=P32; sbit CLK=P33;   void main(v

23、oid) ST=0; OE=0; ET0=1; ET1=1; EA=1; TMOD=0x12; TH0=216; TL0=216; TH1=(65536-5000)/256; TL1=(65536-5000)%256; TR1=1; TR0=1; ST=1; ST=0; while(1) if(EOC=1) OE=1; getdata=P0; OE=0; i=getdata*196;dispbuf5=i/10000; i=i%10000; dispbuf6=i/1000;i=i%1000; dispbuf7=i/100;/*原来的：temp = getdata * 235;temp=temp/

24、128;i=5;dispbuf0=10;dispbuf1=10;dispbuf2=10;dispbuf3=10;dispbuf4=10;dispbuf5=0;dispbuf6=0;dispbuf7=0;while(temp/10) dispbufi=temp%10;temp=temp/10;i+;dispbufi=temp; */ ST=1; ST=0;   void t0(void) interrupt 1 using 0 /定时器0  中断服务 CLK=CLK;   void t1(void) interrupt 3 using 0 /定时器1  中断服务 TH1=(65536-6000)/256; TL1=(65536-6000)%256; P1=dispcodedispbufdispcount; P2=dispbitcodedispcount; if(dispcount=5) P1=P1 | 0x80; dispcount+; if(dispcount=8) dispcount=0; 3.总结 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