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1、 目目 录录1 1、设计任务、设计任务.11.1 设计目的.11.2 设计指标及要求. .12、设计思路与总体框图、设计思路与总体框图.13、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计.23.1 多用表主电路 .23.2 电阻测量输入电路.23.3 电压测量输入电路.33.4 电流输入测量电路.34、系统的软件设计、系统的软件设计.45、系统的设计仿真、系统的设计仿真.55.1 仿真原理图.55.2 实物图.65.3 主要元器件功能介绍.66、总结与体会、总结与体会.206.1 总结.136.2 体会.137、 参考文献参考文献.141、设计任务、设计任务11 设计目的采用 8 位 8 路 A/D
2、 转换器 ADC0809 和 AT89S52 单片机，设计一台数字多用表，能进行电压、电流和电阻的测量，测量结果通过 LED 数码管显示，通过按键进行测量功能转换。12 设计指标及要求电压测量范围 05V，测量误差约为0.02V，电流测量范围 1100mA，测量误差约为0.5mA，电阻测量范围 01000，测量误差约为2。2、设计思路与总体框图、设计思路与总体框图21 设计思路首先利用 P0 口数据地址复用，将地址通过 P0 口输入到单片机中。再利用模数转换将模拟信号转换成数字信号，再次利用 P0 口将其输入到单片机。最后，充分利用单片机强大的运算转化功能将其转成适当的二进制信号控制数显以确保
3、正确的显示被测量的读数。22 总体框图89S52振荡电路复位电路ADC0809驱动 LED 显示待测电阻电路 阻待测电流电路待测电压电路3、系统硬件电路的设计、系统硬件电路的设计31 数字多用表的主电路数字多表仪表主电路如图 1 所示。89S52 单片机通过线选方式扩展了 A/D转换器 ADC0809 和 4 位 LED 数码管，单片机的 P2.7 引脚作为 ADC0809 的片选信号，因此 A/D 转换器的端口地址为 7FFFH.片选信号和信号一起经或非WR门产生 ADC0809 的启动信号 START 和地址锁存信号 ALE。片选信号和信RD号一起经或非门产生输出允许信号 OE，OE=1
4、时选通三态门使输出锁存器中的转换结果送入数据总路线。ADC0809 的 EOC 信号经反相后接到 89S52 的引脚，用于产生 A/D 转换完成中断请求信号。ADC0809 芯片的 3 位模拟1INT量输入通道地址输入端 A、B、C 分别接到 89S52 的 P0.0、P0.1 和 P0.2，故只要向端口地址 0C000H 分别写入 00H07H，即可启动模拟量输入通道 07 进行A/D 转换。ADC0809 参考正电压为 5V，参考负电压为 0V，时钟输入为2MHz。图 1 数字多用表的主电路图单片机的 P1.0 P1.2 引脚通过一个转换开关接地，通过判断 P1.0 P1.2 引脚电平的高
5、低，决定是否进行电阻测量、电压测量或电流测量。32 数字多用表的电阻测量输入电路图 2 所示为数字多用表的电阻测量输入电路。运算放大器的反馈电阻 R 作为待测x量电阻，通过 1000 电阻 R接到电源-195V。假定运算放大器理想，那么放大器的输出电压 RV=，将 RV 送给195 RRxADC0809，转换后得到数字量为 DV=。单片机读取 A/D 转换数据，5255RV再经过逆向运算可得 R =，注意此时得到的 R 为二进制数，需要转x25519RDV x化为十进制数后才能送给数码管显示。程序中采用 4 字节专利号除法，连续进行 4 次除以 10 的除法，依 1000 范围内不超过 2，如
6、果测量其他范围的电阻，需要修改的数值，或者采用其他电路。19R33 电压测量输入电路图 3 所示为数字多用表的电压测量输入电路。待测电压经过低通滤波器滤除高频干扰，再通过同相放大器送给 ADC0809，电压测量范围为05V，ADC0809 的分辨率为 8 位，测量误差为 5/2550.02V.3.4 电流输入测量电路图 4 所示为数字多用表的电流输入电路。电流测量范围为1100mA，因为ADC0809 是电压转换器件，必须交电流转换为电压才能进行测量，这可以通过串接电阻 R 来实现，注意 R 必须很小（例如 00.1）,否则影响电流数值。由LL于待测电流和 R 都很小，R 两端的电压也很小，必
7、须将其放大到 ADC0809 能LL够分辨的范围之内。假设待测电流大小为 I，R 两端节点电压分别为 V 和 V ，V 经过反向缓冲LABA电路之后 V =- V 。V 和 V 经过差分放大电路得：CAABV =-（V -V ）（ V -V ）DBA2729 RRBA 27292729 RRRIRRL再经过同相放大电路得：AV= VD3521 . 0)1 ()1 (303227293032IRR RRRIRRL将 AV 送给 ADC0809 转换后得到数字量为：DAV=5897601 . 0 52553521 . 0 5255IIAV单片机读取 A/D 转换数据，再经过逆向运算可得 I=897
8、601 . 05 DAV有两个问题值得注意，首先，由于电流的单位是 mA，不能直接计算 I 的值应先变换为 I=再进行计算；其次，这么算出来的电流值误差比较8976050000DAV大，原因是 LM324 不是精密理想运算放大器，当输入信号很小时误差比较大。因此需要对计算数值进行修正，方法是先计算 DAV*50000，然后将结果减去102000 这个数值是通过反复测试并经过曲线拟合得到的。4、系统的软件设计、系统的软件设计数字多用表的软件程序（略）5、系统的设计仿真、系统的设计仿真5.1 仿真原理图A B C D E F G H1 2 3 4A B C D E F G H23 1U4:A74L
9、S0256 4U4:B74LS02P1XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.2/ECI3P1.3/CEX04P1.4/CEX15P1.5/CEX26P1.6/CEX37P1.7/CEX48P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.
10、0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U18051+5VOUT121ADD B24ADD A25ADD C23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE22U2ADC080889 10U4:C74LS02C1 10uR110kC322pX1CRYSTALC222pD03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D4
11、13Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CLK11U374LS374待待测测电电压压+5V10kVVAV1 2 3 4测测电电阻阻 测测电电压压 测测电电流流CV+5V500CA-5V待待测测电电阻阻709R191000109 8411U6:CLM324待待测测电电流流测测量量转转换换111213U4:D74LS02RDP2.7WR12U5:A74LS04P2.7WR RDVC VDAVVAVBR20 30RL0.132 1411U7:ALM32456 7411U7:BLM324R25100kR26100kR27100kR28100kR292.2M+5V-5V1213
12、 14411U6:DLM324R24100kR30100kR321.5M待待测测电电流流反反相相缓缓冲冲电电路路差差分分放放大大电电路路 R21032 1411U6:ALM32456 7411U6:BLM324R1340kR14 10kR1540kR1640kR17 10kC5 0.1uFC6 0.1uFC7 0.33uFC8 0.1uF-15V+15V低低通通滤滤波波器器同同相相放放大大电电路路VVCVR1240kCA5.25.2 实物图实物图5.35.3 主要元器件功能介绍主要元器件功能介绍1、AT89S52 芯片功能特性描述芯片功能特性描述AT89S52 引脚框图：图 2.12 AT89
13、S52 芯片引脚图AT89S52 主要性能：1、 与 MCS-51 单片机产品兼容2、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器3、1000 次擦写周期4、全静态操作：0Hz33Hz 5、 三级加密程序存储器6、32 个可编程 I/O 口线7、三个 16 位定时器/计数器8、八个中断源9、全双工 UART 串行通道10、低功耗空闲和掉电模式l 1、掉电后中断可唤醒l2、 看门狗定时器13、双数据指针l 4、掉电标识符功能特性描述：AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门
