基于单片机at89c51的数字万用表设计(编辑修改稿)

基于单片机at89c51的数字万用表设计(编辑修改稿)内容摘要：

Ui R1 9M R2 900K R3 90K R4 9K R5 1K 2020V 2V 20V 200V 动 片 2 数字电压表头 IN+ IN 200mV 200mV 例如：其中 200V 档的分压 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 11 即被测电流 RUI ii  图 25 电流测量原理 图 26 多量程分流器电路 若数字表头的电压量程为 U0，欲使电流档量程为 I0，则该档的取样电阻 (也称分流电阻 )为 00 IUR 如 0U =200mV ，则 0I =200mA 档的分流电阻为 R=1Ω。 多量程分流器原理电路见图 26。 图 26 中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路为图 27 所示。 图 27 中各档分流电阻的阻值是 这样计算的：先计算最大电流档的分流电阻 5R Ω)(50 ms IUR 再计算下一档的 4R ）（ 54m04  依次可计算出 5R 、 2R 、 1R。 图中的 BX 是 2A 保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。 两只反向连接且与分流电阻并联的二极管 D D2 为塑封硅整流二极管，它们起双向限幅过压保护作用。 正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极管截止，对测量毫无影响。 一旦输入电压大于 ，二极管立即导通，两端电压被限制住 (小于 )，保护仪表不被损坏。 4 交流电压电流测量处理原理数字万用表中交流电压，电流测量电路是在直流电数字电压表头 Ii Ui IN+ IN r R 1K 100 10 1 200uA 2mA 20mA 200mA 2A Ii Ui IN+ IN 数字电压表头 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 12 压、电流测量电路的基础上，在分压 器或分流器之后加入了一级交流 直流 (ACDC)变换器，图 28 为其理简图。 该ACDC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、 RC 滤波器等组成，还包含一个能调整输出电 压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。 调整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。 同直流电压档类似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为 700V (有效值 )。 5 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，其原理电路见图 29。 由稳压管 ZD 提供测量基准电压，流过标准电 R0和被测电阻 RX的电流基本相等 (数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计 )。 所以 A/D 转换器的参考电压 REFU 和输入电压 INU有如下关系： xINREF RRUU 0 即 0RUURREFIN 根据所用 A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是 UIN与 UREF的比值，当 UIN=UREF时显示“ 1000”， UIN=“ 500”， 以此类推。 所以，当 RX=R0时表头将显示“ 1000”，当 RX=“ 500”，这称为比例读数特性。 因此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的电阻测量档。 如对200Ω档，取 R01=100，小数点定在十位上。 当 RX=100Ω时，表头就会显示出 Ω。 当 RX变化时，显示值相应变化，可以从。 又如对 2 kΩ档，取R02=1KΩ，小数点在千位上。 当 RX变化时，显示值相应变化，可以从 KΩ测到 KΩ。 其余各档道理相同，同学们可自行推演。 数字万用表多量程电阻档电路见图 210。 由上分析可知， R1= R01=100Ω R2= R02 R01=1000100=900BΩ R3= R03 R02=10K1K=9K ﹍﹍﹍﹍ 图 210中 由正温度系数 (PTC)热敏电阻 R1与晶体管 T组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。 当误测高电压时，晶体管 T 发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。 同时 R1随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使 T 的击穿电流不超过允许范围。 即 T 只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作， R1和 T都能恢复正常。 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 13 图 27 实用分流器电路 图 28 ACDC 变换器原理简 图 29 电阻测量 Ii BX D1 D2 动 片 2 200uA 2mA 20mA 200mA 200mA 900 90 9 R1 R2 R3 R4 R5 Ui IN+ IN 数字电 压表头 ZD R0 R5 VREF+ VREF IN+ IN UREF UIN A／ D 转换 及 数字 表头 直流电压输出 交流电压校准你 交流电压输入 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 14 6 6 电容测量原理 电容测量是根据电容充电原理其充电电压与时间成一定的指数关系。 根据电压和时间可以计算出电容的值。 图 210 电阻测量 Rt A／ D 转换 及 数字 表头 RS PTC T 100 200ΩΩ 900 2 KΩ 9K 20KΩ 90K 200KΩ 900K 2MΩΩ +V VREF+ VREF IN+ IN 动 片 2 R5 R4 R3 R2 R1 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 15 数字万用表的硬件系统设计总体框架图 如下图 211 所示，本万用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、 ADC输入、被测量显示、超限报警、 ADC 使能控制。 复位电路用来清零，进行下一次的测量；震荡 电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定； ADC 输入则是将输入量进行 AD 转换；测量显示就是显示测量的数值；超限报警部分则是用作当测量量超出量程范围时发出警报，以便提醒用户更改大量程； ADC 使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。 图 211. 总体电路设计原理图 复位电路 震荡电路 ADC 输入 89c51 被测量显示 超限报警 ADC 使能控 制 河北工程大学毕业设计 (论文） 数字万用表总体设计方案 16 河北工程大学毕业设计（论文） 选用芯片介绍及硬件电路设计方案 17 3 选用芯片介绍及硬件电路设计方案 芯片选择及功能简介 AT89c51 芯片功能特性描述 AT89c51 引脚框图： 1 40 Vcc 2 39 3 38 4 37 5 36 6 35 7 34 8 33 RST/Vpd 9 32 RXD 10 31 EA/Vpp（内 1/外 0 程序选择） TXD 11 30 ALE/P （地址锁存输出） INT0 12 29 PSEN （外 部程序读选通输出） INT1 13 28 T0 14 27 T1 15 26 WR 16 25 RD 17 24 X2 18 23 X1 19 22 GND 20 21 图 31 AT89c51芯片引脚图 1 主要特性： 8031 CPU与 MCS51 兼容 4K字节可编程 FLASH存储器 (寿命： 1000写 /擦循环 ) 全静态工作： 0Hz24KHz 三级程序存储器保密锁定 128*8位内部 RAM 32条可编程 I/O线 两个 16位定时器 /计数器 河北工程大学毕业设计（论文） 选用芯片介绍及硬件电路设计方案 18 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2 管脚说明： VCC：供电电压。