基于单片机的数字多用表的设计教程方案.doc

基于单片机的数字多用表的设计 学院： 班级： 指导老师： 姓名： 时间：2014.6.9  摘 要 本设计用单片机芯片设计一个数字万用表，能够测量交直流电压值直流电流电阻，四位数码显示。1、引言 3 1.1 数字万用表研究背景、目的和意义 3 1.2国内外研究现状 3 1.3 研究内容 3 1.4 章节安排 4 2、数字万用表基本原理 5 2.1 直流电压测量原理 5 2.2 交流电压测量原理 6 2.3 直流电流测量原理 6 2.4 交流电流测量原理 7 2.5 电阻测量原理 8 3、数字万用表硬件介绍与设计 10 3.1 硬件系统部分芯片介绍 10 3.2 数字万用表硬件设计 15 4、系统软件与流程图 20 4.1 电路功能模块 20 4.2系统总流程图 21 4.3 电压测量流程图 22 4.4 电流、电阻测量流程图 22 5、仿真结果： 37 5.1整体仿真Protues图： 37 5.2待测电压仿真结果图： 38 5.3待测电流仿真结果图： 38 5.4待测电阻仿真结果图 39 6、结 论 40 7、参考文献 41 8、致 谢 42 1、引言 数字万用表研究背景、目的和意义 传统的指针式万用表功能单一精度低，不能满足数字化时代的需求，数字万用表是利用模数转换原理，将被测量数据转化为数字量，并将测量结果以数字的形式显示出来的一种测量仪表。与指针式万用表相比，新一代数字万用表具有精度高、输入快、输入阻抗大、数字显示、读数准确、可扩展性强、集成方便、抗干扰能力强、测量自动化程度高等优点，因而被广泛应用，得到工程师的青睐。 数字表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量[1]。 由于科学的进步，社会的发展，电子产业也会发展到一个新的阶段，电子技术的提高代表了一个国家的整体实力，高精尖的电子产品更新换代的周期越来越短，每一款电子产品的设计生产都需要更精密的电子测量仪器与之相配合，这样更先进的测量仪器将成为电子产品开发的必备条件，那么精密的测量仪器将是电子行业发展中的重中之重[2]。 1.3 研究内容 此数字万用表由硬件和软件两部分组成，硬件主要完成信号的采集，软件主要完成对硬件的控制以及数据的处理， 所以本文主要针对万用表硬件以及软件部分的实现来展开。研究内容包括两部分：硬件和软件。 (1) 整体方案的设计 ① 按照需求制定数字万用表的功能，指标，以及软硬件的整体框架。 ② 按照硬件需求指标，研究硬件实现的框架结构，以及模块划分。 ③ 软件为嵌入式软件，按照功能需求设计自己的多线程结构。 (2) 功能 该万用表的功能主要包括：测量交直流电压、交直流电流、电阻。 ① 电流的量程有50mA,500mA,5A。 ② 电压的量程有5V,50V,500V。 ③ 电阻的量程有500Ω，5KΩ,50KΩ,500KΩ，5MΩ。 (3) 硬件模块的研究内容 参考数字真(4) 软件部分的研究内容 软件部分主要为该表自身软件，实现其测量功能，采用C语言完成。 (5)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。 1.4 章节安排 本文在第二章介绍了数字万用表的基本原理，第三章介绍了系统硬件设计方案，第四章介绍了软件的实现方案。 2、数字万用表基本原理 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，还能够测量电阻 。下面我们来分析一下数字万用表测电压，测电流，测电阻的原理。总体来说，我们此次用的A/D转换芯片是ADC0809，它允许的模拟输入电压值直流0—5V，设想在测量电压时，如果能把电压都转换成0—5V的直流电压，然后送A/D转换器，在显示时适当扩大相应的倍数，那么就可以测出电压了，如果测电流时，若也能将电流转换成0—5V的电压，最后乘以相应的比例系数，那么电流也测量出来，测量电阻的道理也是如此，可见重点研究方向是直流电压表的设计和各个转换电路，下面为我们具体分析一下各个原理。 2.1 直流电压测量原理 在基准数字电压表头前面加一级分压电路(衰减器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图2-1所示，U0为电压表头的量程(如5V)，r为其内阻(如10MΩ)，R1、R2UI0为扩展后的量程。 图2-1电压扩展量程原理 图2-2多量程分压器原理 由于RR2，所以分压比为： 扩展后的量程为： 多量程分压器原理电路见图2-2，三档量程的分压比分别为1、0.1、0.01，对应的量程分别为5V,50V,500V。 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]。