《毕业设计（论文）-单片机式数字式万用表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-单片机式数字式万用表（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、封面目录1.前言11.1信号测量与分析的意义11.2万用表简介11.2.1指针式万用表11.2.2数字式万用表21.3本论文所做的工作32.系统设计52.1数字式万用表的设计构思52.1.1设计原理52.1.2设计要求52.1.3设计思路52.2数字式万用表的结构设计62.3单片机及显示电路72.3.1 STC89C52单片机简介72.3.2数码管显示器的结构及其工作原理82.3.3 74HC573锁存器102.3.4 显示电路设计112.4 A/D转换电路的设计152.5直流电压测量电路172.5.1直流电压测量原理172.5.2直流电压测量电路设计182.6直流电流测量电路192.6.1集
2、成运算放大器OP07192.6.2直流电流测量原理202.6.3直流电流测量电路设计212.7电阻测量电路212.8单片机程序设计222.8.1 Keil C51开发系统232.8.2程序主要结构233电路的搭建及调试273.1电路的搭建273.2电路的调试283.3测试结果分析30总结37致谢39参考文献41附 录1 前 言1.1信号测量与分析的意义测量是人们认识客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到掌握事物本质和揭示自然规律的一种手段。在自然界中对任何被研究的客观事物，若要进行定量的评价，均必须通过测量来实现。著名俄国科学家门捷列夫说过：“没有测量，就没有科学”，英国科学家库克也认为
3、：“测量是技术生命的神经系统”，这足以说明了测量对发展现代科学技术所起到的作用是非常重要的。所谓测量，就是被测量和同类标准量进行比较的一个实验过程，而这个参考量可以是直接的，也可以是间接的。列如，天平秤重量，电位差计测电压等都属于直接测量，而电流表测电流，压力表测压力则属于间接测量。 在电子产品的生产设计中，万用表是一种最常见的工具。万用表是采用电路实现对电压，电阻，电流的测量以及显示的测量装置，广泛用于电子产品设计生产过程中，已成为一种不可少的工具。随着数字技术的发展，万用表的数字化给人们生产学习带来了极大的便利，首先，由于采用集成式数字芯片，使得数字万用表的精度大为提高；其次，数字化显示可
4、以给人更直观的信息，缩短了生产时间，提高了生产效率。因此，研究数字式万用表扩大其应用，有着非常现实的意义。1.2万用表简介万用表是电子测试领域最基本的工具，也是一种使用广泛的测试仪器。万用表又叫多用表、三用表(A,V,也即电流，电压，电阻三用）、复用表、万能表，万用表分为指针式万用表和数字万用表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻等量，有的还可以测交流电流、电容量、电感量，温度及半导体的一些参数。 1.2.1指针式万用表指针式万用表的特点：一般指针表可支持最高测量2500V交直流电压，比数字式万用表的量程要高很多。指针表有一个很大优点，就是没有电池照样可以使用（但电阻档无法使用
5、，因为指针表内部的电池主要就是给电阻档来使用的），指针式表在精度上不如数字表高，而且读取数据繁琐，误差较大。指针式万用表的构成分为三部分：（1）表头指针式万用表的表头是一只高灵敏度的磁电式直流电流表，万用表的主要性能指标基本上取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度愈高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。（2）测量线路测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成。 它能将各种不同的被测量（如电流、电压、电阻等）、不同的量程，经过一系列的处理（如整流、分流、分压等）统一变成一定量限的微
6、小直流电流信号送入表头进行测量。（3）转换开关 转换开关的作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关一般有多个，分别标有不同的档位和量程。1.2.2数字式万用表数字式万用表的特点：数字式万用表显示直观，测量速度比指针表快，误差也比指针表小，保护电路设计也比指针表要更好，但无法测量快速变化的信号，工作时必须要使用电池。数字式万用表的构成也分为三部分：（1）表头数字式万用表的表头与指针式万用表的表头不同，数字式万用表的表头由A/D转换器，译码设备，以及显示器组成，其性能指标主要取决于A/D转换器的位数，A/D转换器的位数越高，测量的精度就越高。（2）测量线路数字
7、式万用表的测量线路与指针式万用表的测量电路功能相同，都是用来将被测量转换为符合测量原件条件的测量量，它也由电阻、半导体元件及电池组成。 数字式与指针式唯一的不同是数字式万用表表头输入要求是电压信号，而指针式万用表的表头要求的是电流信号。（3）转换开关数字式万用表与指针式万用表的转换开关结构功能是一样的。1.3本论文所做的工作本文设计了一个含有分段测量电路，AD转换，单片机运算并控制锁存显示的数字测量系统，最后搭接电路并实现了对电压、电流、电阻的测量及显示。本设计所做的工作主要包括以下几个方面：（1）查阅相关资料，学习并分析万用表设计方法及原理，并复习“protel” 软件的使用及PCB版图的设
8、计方法，组建系统的结构图。 （2）根据系统的硬件电路设计框图，按各部分电路的功能设计电路。（3）根据所设计的电路，购买元器件。（4）按照硬件电路设计框图依次搭建电路并逐个进行调试。（5）依次分析处理实验过程中所遇到的问题。 （6）绘制系统电路原理图和PCB版图2 系统设计2.1数字式万用表的设计构思2.1.1设计原理数字万用表测量方式简单方便，测量结果直观，受到了广泛的欢迎。本设计是一种基于单片机为基础的简易数字测量仪的设计。其硬件电路设计由4个部分组成： A/D转换电路、STC89C52单片机、LED显示系统以及测量输入电路。A/D转换主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转
9、换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C52来完成，其负责把ADC0804传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0804芯片工作。测量输入电路由基本电子元件构成，可以将不符合测量标准的信号转换为符合测量条件的电压信号。测量时，被测量经过测量电路，被转换为0-5V的电压信号，然后送入逐次渐进型A/D转换器ADC0804，经过A/D转换器转换为二进制数字信号，再由51单片机进行译码计算，并控制数码管显示器显示译码结果，测量者可以直接从数码管显示器上读取测量值。2.1.2设计要求（1）以MCS-51系列单片机为核心器件
10、（2）采用多路模拟量输入 （3）电压显示用六位LED数码管显示，至少能够显示一位小数。 （4）尽量使用较少的元器件。（5）数字电压表可以测量0-5V、0-10V、0-25V三路直流电压，（6）数字电流表可以测量0-2.55MA、0-10MA两路直流电流，（7）电阻测量表可以测量10-100K电阻2.1.3设计思路（1）根据设计要求，选择STC89C52RS单片机为核心控制器件；（2）A/D转换器采用ADC0804，与单片机的接口为P1口和P3.6、P3.7口；（3）显示采用六位并联的LED数码管；（4）LED数码的段码输入,由并行端口P0产生；位码输入，由P2口的P2.5、 P2.6 、P2.7产生；（5）电压测量电路由分压电阻实现分级；（6）电流测量电路先由分流电阻分流，再由运算放大器转换为0-5V电压信号；（7）电阻测量电路由电流测量电路改装而成；2.2数字式万用表的结构设计数字式万用表进行测量时要根据不同的测量量来选择不同的测量电路，并进行量程分级，因而在设计时，需要单独设计每个测量电路，然后再根据不同量程进行分级。由于测量时输入的信号类型不同，A/D转换器要求的必须是0-5V电压，因而测量电路的构成也是
