单片机数字万用表课程设计_单片机电子表课程设计
单片机数字万用表课程设计由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“单片机电子表课程设计”。
《单片机》课程设计
题
目：
基于单片机的数字多用表设计
专
业：
电力系统及其自动化
班
级：
本自动化
姓
名：
学号：
指导老师：
小组成员：
成绩：
摘要
本次设计采用单片机芯片
AT89S51与ADC0809设计一个数字电压表，能够测量0－5V之间的直流电压值，四位数码显示，但要求使用的元器件数目最少。为使系统更加稳定，使系统的整体精度得以保障，本电路使用了ADC0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S51作1
为主控芯片，配以RC上电复位电路和震荡电路，程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。
关键词
数字万用表
AT89S51单片机
AD转换与控制
目录
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 关键词„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 绪论
1.数字万用表设计背景„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.1 数字万用表的设计目的和意„„„„„„„„„„„„„
41.2 数字万用表的设计依据…………………………………….4
1.3 数字万用表设计重点解决的问题„„„„„„„„„„„„4
2.数字万用表总体设计方案……………………………………5 2.1数字万用表的基本原理……………………..…….…….5 2
2.2芯片选择及功能简介………………………………………..2.3电路原理图及仿真图……………………………………..……….2.4系统板上硬件连线………………………………..………..…… 2.5程序设计内容………………………………..………..…… 2.6C语言源程序………………………………..………..……总结……………………………………….….………… 4心得体会参考文献……………………………..…….………..13
绪论
数字万用表亦称数字多用表，简称
DMM（Digtial Multimeter）。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的，离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字万用表，已被广泛用于电子及工业测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能测量领域，显示出强大的生命力。数字万用表具有以下几点优势：（1）显示清晰直观，计数准确
为了提高观察的清晰度，新型的手势式数字万用表已普遍采用字高为26mm的大屏幕LCD（液晶显示器）。有些数字万用表还增加了背光源，以便于夜间观察读数。（2）显示位数
数字万用表的显示位数通常为3位到8位半。
（3）准确度高
准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度，也反映了测量误差的大小，准确度愈高，测量误差愈小。数字万用表的准确度远优于指针万用表。
（4）
分辨力高
数字万用表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称作仪表的分辨率，宏观世界反映了仪表灵敏度的高低，分辨率随显示位数的增加而提高。（5）
测试功能强
数字万用表不止可以测量直流电压，直流电流，电阻二3
极管正向压降等等。（6）测量范围宽
数字万用表可满足常规电子测量的需要，智能数字万用表的测量范围更宽广。
（7）测量速率快
数字万用表在每秒中内对被电压的测量次数称为测量速率，单位是次/秒。它主要取决于A/D转换器的转换速率。一般数字万用表的测量速率为2到5次/秒。有的呢过达到20次/秒以上，另外有的比这个还要高得多。数字万用表可满足不同用户对测量速率的需要。
（8）
输入阻抗高
数字万用表电压档具有很高的输入阻抗，通常为10至10000M欧姆，从被测电路上吸取的电流小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的测量误差。（9）保护功能完善，抗干扰能力强
数字万用表具有比价完善的保护电路，过载能力强，新型的数字万用表还增加了高压保护器件，能防止浪涌电压。
本设计就是居于这个设计理念一个基于单片机的数字万用表。该设备具有直观简单的优点。并且能深入的说明 万用表的测量原理。能直观的了解万用表各个部分的结构和测试原则。
1数字万用表的设计背景
在本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及其系统概述等。
1.1数字万用表的设计目的和意义
数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水平。
1.2 数字万用表的设计依据
根据数字万用表的原理，结合以下的设计要求：“设计一个数字万用表，能够测量直流电压值，直流电流、直流电阻。实现多级量程的直流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v和500v.实现多级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA，20mA，200mA、2A和20A.实现多级量程的电阻测量，其量程范围是200、2k ,20k,200k和2M。由此设想出以下的解决方法，即数字万用表的系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障。
1.3数字万用表设计重点解决的问题
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。数字万用表总体设计方案 2.1数字万用表的基本原理
数字万用表的最基本功能是能够测量直流电压，直流电流，还有能够测电量阻。
下面我们分别介绍各个部分的组成：（1）、模数(A/D)转换与数字显示电路
常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。这种情况被称为是”量化的“。若最小量化单位(量化台阶)为，则数字信号的大小一定是的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。（2)、多量程数字电压表原理
在基准数字电压表头前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。
（3）多量程数字电流表原理 测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相应的电压，再进行测量。
（4）电阻测量原理
数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法。
由稳压管ZD提供测量基准电压，流过标准电阻和被测电阻的电流基本相等
2.2芯片选择及功能简介
这次的课程设计中，我们这一种选择了芯片AT89S51和ADC0809。
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51有PDIP、PLCC、TQFP三种封装方式，其中最常见的就是采用40Pin封装的双列直接PDIP封装，芯片共有40个引脚，引脚的排列顺序为从靠芯片的缺口左边那列引脚逆时针数起，依次为
1、2、3、4、„、40，其中芯片的1脚5
顶上有个凹点。在单片机的40个引脚中，电源引脚2根，外接晶体振荡器引脚2根，控制引脚4根以及4组8位可编程I/O引脚32根。
1、主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源GND(Pin20)：接地线
2、外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路输出端
3、控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。
4、可编程输入/输出引脚（32根）AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P
1、P
2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7。AT89S51的主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容
4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器
1000次擦写周期
4.0－5.5V的工作电压范围 全静态工作模式：0Hz－33MHz 三级程序加密锁
128×8字节内部RAM
32个可编程I／O口线 2个16位定时／计数器 6个中断源 全双工串行UART通道
低功耗空闲和掉电模式
中断可从空闲模唤醒系统 看门狗（WDT）及双数据指针 掉电标识和快速编程特性 灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 1．主要特性
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）
4）单个+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～+85摄氏度
7）低功耗，约15mW。2．内部结构
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。3．外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
Vcc：电源，单一+5V。
GND：地。ADC0809的工作过程
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。
（1）定时传送方式
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
（2）查询方式
A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
（3）中断方式
把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行
数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。
2.3电路原理图
2.4系统板上硬件连接
a)把“单片机系统”区域中的P1.0－P1.7与“动态数码显示”区域中的ABCDEFGH端口用8芯排线连接。
b)把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7与“动态数码显示”区域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排线连接。
c)把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的ST端子用导线相连接。
d)把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的OE端子用导线相连接。
e)把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的EOC端子用导线相连接。
f)把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的CLK端子用导线相连接。
g)把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到“电源模块”区域中的GND端子上。
h)把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可调电压模块”区域中的VR1端子上。
i)把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。
2.5程序设计内容
1.由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的ADC0809的CLK是接在AT89S51单片机的P3.3端口上，也就是要求从P3.3输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。
2.由于ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF)
2.6C语言源程序
#include
unsigned char code dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f};
unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};unsigned char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,0,0,0};unsigned char dispcount;unsigned char getdata;unsigned int temp;
long int i;
代替原来的unsigned char i;
sbit ST=P3^0;sbit OE=P3^1;sbit EOC=P3^2;sbit CLK=P3^3;
void main(void){
ST=0;
OE=0;
ET0=1;
ET1=1;
EA=1;
TMOD=0x12;
TH0=216;
TL0=216;
TH1=(65536-5000)/256;
TL1=(65536-5000)%256;
TR1=1;
TR0=1;
ST=1;
ST=0;
while(1)
{
if(EOC==1)
{
OE=1;
getdata=P0;
OE=0;
i=getdata*196;
dispbuf[5]=i/10000;
i=i%10000;
dispbuf[6]=i/1000;
i=i%1000;
dispbuf[7]=i/100;
ST=1;
ST=0;
}
} }
void t0(void)interrupt 1 using 0
{
CLK=~CLK;}
void t1(void)interrupt 3 using 0
{
TH1=(65536-6000)/256;
TL1=(65536-6000)%256;
P1=dispcode[dispbuf[dispcount]];
P2=dispbitcode[dispcount];
if(dispcount==5)
/*原来的：
temp = getdata * 235;
temp=temp/128;
i=5;
dispbuf[0]=10;dispbuf[1]=10;dispbuf[2]=10;dispbuf[3]=10;dispbuf[4]=10;dispbuf[5]=0;dispbuf[6]=0;dispbuf[7]=0;while(temp/10)
{
dispbuf[i]=temp%10;
temp=temp/10;
i++;
} dispbuf[i]=temp;*/
//定时器0 中断服务
//定时器1 中断服务
{
P1=P1 | 0x80;
}
dispcount++;
if(dispcount==8)
{
dispcount=0;
}
}
3.总结
设计结果综述：
（1）、数字万用表完成的功能主要是对电压、电流、电阻的测量，它主要由分流电阻、分压电阻、基准电阻、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换和控制部分组成。（2）、数字万用表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，因此上面的设计在实物上只可以测直流电压，在仿真上可以测出直流电压电流和电阻。（3）、单片机部分跟AD转换部分是整个设计的核心，ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/256*VREF)；AT89S51单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和震荡电路，使系统稳定运行。（4）、在本次软件设计过程中，采用的是C语言程序。
4心得体会
两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关单片机方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的仿真环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所12
在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！通过这次的课程设计，使我更加透彻的了解到我在单片机这方面的知识的浅薄，从而促进了握要更加了解单片机知识的决心。
5参考文献
C语言程序设计第三版
51单片机开发与应用基础教程13
C语言版）
（
