基于单片机的数字万用课程设计详解.doc

目录 1 前言 1 1.1 课题的提出 1 1.2 研究的意义 1 1.3 设计的任务 1 2 总体方案确定 1 2.1 方案比较及选择 1 2.1.1 模数转换芯片方案 1 2.1.2 显示器方案 4 2.2 确定设计方案 5 3 系统硬件分析及设计 5 3.1 数字万用表的基本原理 5 3.1.1 模数转换及显示电路原理 5 3.1.2 多量程数字电压表原理 6 3.1.3 多量程数字电流表原理 6 3.1.4 电阻测量原理 7 3.2 硬件系统总体设计框图 8 3.3 硬件电路所用芯片及元件介绍 8 3.3.1 STC的89C52单片机的特点及功能介绍 8 3.3.2 PCF8591模数及数模转换芯片介绍 11 3.3.3 LCD1602液晶显示器介绍 12 3.4 硬件电路设计 13 3.4.1 电源部分 13 3.4.2 电压衰减电路 14 3.4.3 电流衰减电路 14 3.4.4 电阻-电压变换电路 15 3.4.5 模数转换部分 15 3.4.6 报警提示部分 16 3.4.7 单片机最小系统 16 3.4.8 显示输出部分 17 3.4.9 开关及量程选择部分 17 3.4.10 整体硬件电路 18 3.5 电路工作过程描述 18 4 系统软件设计 18 4.1 C语言概述 18 4.2 软件设计思路 19 4.3 程序流程图 19 4.3.1 系统软件总流程图 19 4.3.2 电压测量流程图 20 4.3.3 电流测量流程图 20 4.3.4 电阻测量流程图 20 5 测试及实验分析 21 5.1 电路功能仿真 21 5.1.1 数字电压表功能仿真 21 5.1.2 数字电流表功能仿真 22 5.1.3 数字欧姆表功能仿真 23 6 总结 23 参 考 文 献 24 附 录 25 摘要 基于51单片机的数字万用表，可用于测量直流电压、直流电压及电阻，并使用1602进行显示。系统由分压电阻、分流电阻、电阻---电压变换电路、单片机最小系统、液晶显示器、报警器、模数转换器及等部分组成。采用STC公司的89C52单片机作为主控芯片，PCF8591作为模数转换芯片。主控芯片与模数转换芯片之间使用I2C总线进行数据通讯，简化了硬件线路，提高系统的稳定性及测量准确度。从电源获取的电压或电流信号，通过衰减电阻进行衰减后，进入模数转换器的模拟输入端，而待测电阻则通过电阻---电压变换电路，把阻值转化为电压值进行测量。模数转换器进行转换之后，得到的数字编码通过I2C总线送回单片机。单片机对数据进行一定的处理后，测量结果由1602液晶显示器负责输出。设计的数字万用表共分为6个档位，分别是2V电压、20V电压、200mA电流、2A电流、2kΩ电阻、20kΩ电阻，超出量程时会自动使用蜂鸣器进行报警提示。本系统程序执行周期耗时较短，保证了系统的响应速度。经过初步调试，本系统能较准确的测量量程范围内的电压及电流值，误差范围均在8%以内，而电阻值测量的误差值稍大，误差范围在8.2%以内。另外，本文详细地介绍了89C52型单片机及PCF8591模数转换芯片的基本功能及性能特征，并叙述了数字万用表测量电压、电流及电阻的基本原理。 关键词：  前言 课题的提出 数字万用表是一种多用途电子测量仪器。它采用数字化测量技术，把实际测量的模拟量，转化为离散的数字量进行输出显示，主要用于物理、电气、电子等测量领域，一般包含电流表（安培计）、电压表（伏特计）、电阻表（欧姆计）等功能，也称为万用计、多用计、多用电表或万用电表。 研究的意义 万用表是电子和电气技术领域必备的测量仪器，用于测量电子电路中的各种物理量（电压、电流、电阻等），常作为基本故障诊断的便携式装置，也有放置在工厂或实验室工作台上作为桌上型装置。有的万用电表分辨率能达到七、八位数，常用在实验室，作为电压或电阻的基准，或用来调校多功能标准器的性能。相比传统的指针式万用表，数字万用表具有以下的主要优点： （1）数字显示直观准确，无视觉误差，读数准确； （2）测量精度和分辨率都很高； （3）输入阻抗高，减少对被测电路的工作影响； （4）电路集成度高，便于组装和维修； （5）测量功能齐全，测量速率快； （6）保护功能齐全，有过压、过流保护电路； （7）功耗低，抗干扰能力强； （8）便于携带，使用方便。 设计的任务 本次设计的任务是制作一个数字万用表，可实现如下的功能及要求： （1） 可以测量直流电压、直流电流和电阻； （2） 能将测量得到的数值直观、准确地显示出来，并标明相应的单位； （3） 具有超量程时的报警