量程自动切换数字万用表设计

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1、分类号： 密 级： 毕业论文（设计） 题 目:量程自动切换的数字万用表设计 系 别: 专业年级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 2015年06月01日原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料

2、（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属吕梁学院。本人完全了解吕梁学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为吕梁学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 摘 要这篇文章着重说明量程自切换的数字万用表设计方法。本

3、次设计的主要目的是实现仪表的量程自动切换功能。作为一个用户，不需要手动选择范围，消除对选择过程的范围需要。量程自动切换是通过软件程序控制硬件电路来实现的，所以测量过程更加方便。这种设计使数字仪表成为智能仪表，与原来相比，测试效率和结果更准确。本次设计所采用的量程自动切换模块是用由程序控制的增益放大器，并通过试探发确定控制值。本次设计可以达到的功能有：第一，量程自动切换；第二，防止使用者因选错量程而导致万用表损坏；第三，防止选择开关选择量程时引起的机械损耗而使测量精准度下降。本设计是以（89C51）单片机为核心，并由硬件设计和软件设计两部分组成的。其中，硬件部分主要电路所需要的各种模块构成。软件

4、设计主要是由主程序和各个模块所需要的子程序构成，实现对量程的选择，最终使测量结果显示在显示器上。关键词：万用表，自动切换，单片机 . . a , , . , . , . , . : , ; ; . (89C51) , . , . , , . ： 目 录第1章 绪论11.1 国内外研究进展11.2问题的提出11.3 研究的背景与意义21.4 主要实现的功能21.6 万用表的分辨率与精度21.7 设计中重点解决的问题3第2章 系统整体结构42.1 系统设计方框图42.2 系统设计方案42.3 量程自动转换功能的方案设计与论证52.3.1 方案设计52.3.2 方案论证7第3章 量程自动切换数字万用

5、表的硬件电路设计93.1 转换电路93.2 单片机控制与显示电路93.2.1 单片机最小系统103.2.2 显示电路设计113.3 量程自动转换模块电路113.4 电流/电压转换电路143.4.1 继电器介绍153.5电阻/电压转换电路15第4章 量程自动切换数字万用表的程序设计174.1 软件简介174.2 编程语言选择和 4软件简介174.2.1 编程语言选择174.2.2 4软件简介174.3 软件设计流程184.4 与 4软件的联合调试19第5章 量程自动切换数字万用表系统测试21第6章 总结23附录26附录A：整机电路图24附录B：输入为15V时仿真图25附录C：超量程时显示仿真图2

6、5附录D：程序源代码26参考文献31致谢32第1章 绪论1.1 国内外研究进展国外研究概况进入二十一世纪以来，国外的仪器的主要特点是：新技术普遍应用当前普遍采用电子设计自动化、计算机辅助制造、计算机辅助测试、数字信号处理、专用集成电路以及表面贴装技术等。今天计算机技术迅猛发展、计算机硬件价格越来越便宜，通用硬件平台和虚拟仪器逐渐变为主流。产品结构发生简化不仅重视高档仪器研发，而且还看重高新技术和高产量宽领域产品的研制。注重系统集成，单片机很重要，但是系统和产品软化更重要。越来越多的仪器配备了，具备了数字化功能，软件上耗费了大量的时间和金钱。以后可以用一个简洁的式子来概括仪器：仪器软件”。国内研

7、究概况八十年代，我国仪器业大多数不景气，效益下滑。先后通过三个阶段分别是：引进、发展、技术创新。20世纪70年代中期，我国高科技民营企业发展迅速，我国的中、底档数字万用表产量以跃居世界首位，占世界总产量的85%以上，出口国家以达100多个。当前，我国在高档万用表制造技术还不太成熟，主要靠从国外进口。1.2问题的提出自从上世纪70年代第一台手持式数字万用表诞生以来，研究这在他的功能上不断的创新。数字万用表把计算技术、电子技术、等结合在一起，它主要的优点有体积小、使用方便、读数、灵敏度和准确度高，是现代测量中非常重要的仪器。但是还有其不足之处，主要表现在一下3方面：(1) 没有实现自动化测量。在使

8、用过程中必须手动选择正确的量程。(2) 常被烧毁。主要是在使用时选择量程和档位错误。(3) 触点接触不良。在手动选择量程时，旋钮上的开关不断的被氧化，使电阻增大，从而使接触点接触不良，从而使测量结果不准确。革除这些弊端一直是设计者未能很好解决的难题。1.3 研究的背景与意义数字万用表的量程自动选择，不仅可以准确测量的测量，而且还可以减少用户的工作量，并提高了量程自动切换功能和效率，使其成为智能仪表。量程自动切换的数字万用表与传统的相比，不仅使用方便，测量精度高，而且更具有广泛的应用前景。1.4 系统设计方案 当对电阻/电流进行测量，电阻/电流信号转换成直流电压信号，经处理显示。由于将模拟信号转

9、换为数字信号，并采用89C51单片机和程序实现量程自动切换功能，并将确定量程后测量出的值直接显示到显示屏上。如图1.1所示。图1.1 量程自动切换数字万用表系统设计方案1.5 万用表的分辨率与精度(l)分辨率分辨率也叫灵敏度,指数字万用表测量时的最小量化单位,即可以看到被测数据的微小变化。例如:万用表在5A范围内的分辨率是,那在测量1A的信号时,你就能看到的变化。数字万用表的分辨率是用位数或数字来表示。分辨率是数字万用表优劣的关键,比如说你要测量小于1毫升的水时,你肯定不会用最小单位为10毫升的量筒。一个2位半的表，第一位只能显示0或1，后两可以表明从0到9的数，即，2位半的表可以达到199字

10、的分辨率。(2)精度 万用表的精度是指最大允许的误差。或者说精度就是表示测量值与真实值得接近程度。万用表的精度通常用百分数表示。如,2%的读数精度的含义是数字万用表显示100.0V时,实际的电压可能会在98V到102.0V之间。1.6 设计中重点解决的问题 本设计重点解决的问题是如何实现自动转换量程的功能，如何将直流电流量转换为直流电压量，如何将电阻值转换为直流电压量，如何选取所用的芯片，如何设计程序。第2章 系统整体结构2.1 系统设计方框图如图2.1所示，当被测量输入时，单片机通过控制电路处理输入量，将输入量转换为符合转换器的输入信号，然后转换器将其输出数据传送到单片机，并由单片机对数据进

11、行处理后，最后显示在显示器上。图2.1 系统设计方框图2.2 系统设计方案如图2.2所示，首先以（89C51）单片机和转换为核心，设计一个直流电压测量及显示电路，然后在对电路进行扩展,使电路能够实现量程自动转换测量直流电压、直流电流和电阻。然后再通过单片机（89C51）编程对各个主要模块的进行智能控制和数据处理，实现对直流电流、直流电压、电阻测量的直观显示，然后将测量的值通过电路转换成常用数字并显示在屏上。所以本设计可以分为转换电路、单片机控制与显示电路设计、量程自动转换模块设计、电流-电压转换模块设计、电阻-电压转换电路模块设计、程序设计等6个模块。 图2.2 量程自动切换数字万用表系统整体

12、结构2.3 量程自动转换功能的方案设计与论证 量程自动转换的定义：为了使测量系统具有较高的分辨力和准确性，我们总希望测量到的值尽可能的达到的满量程。如一个12位的的满量程的最大输入为5V，将可以得到最大为4095的转换值。有些信号较小，可能达不到5V，需改变放大增益；而有些过大会使饱和，又需要降低增益。自动改变系统的增益，使输入信号最大值不同的信号都可以达到满量程的测量精度，称为量程自动转换。2.3.1 方案设计量程自动转换模块设计方案一此方案采用电阻串联分压方式。系统量程转换根据的超量程和欠量程信号控制单片机实现模拟开关的选通。电压输入后模拟开关4051起到电压量程转换选择作用。模拟开关后的保护电路采用双向限幅二极管，利用两只1N4001硅整流二极管并联构成双向限幅二极管接入电流挡分流器前面，目的是防止用电流挡去测量电压，而烧分流电阻，这样的话输入电压信号就会被双向限幅二极管牵制在0.7V左右也就是二极管的正向导通电压，从而来保护分流器。07构成一个电压跟随器，起到隔离前后通道的作用，其中较低的输出电阻还能提高带负载能力。最后，端接入。 =1990900910M，故有表2.1所示：表2.1 量程分档原理量程衰减倍数20010/10*20020012v1/10*22001020v0.1/10*20200100200v0.01/10*2002001000