第九组基于单片机的数字多用表的设计

哈尔滨商业大学基于单片机的数字多用表的设计姓名：王立源201010810142吴帆201010810532张雪燕201010810642丛博201011930002郭爽201010810112班级：10级机械设计制造及其自动化（一）班指导老师：姜海涛时间：2013.6.1——2013.6.17I摘要近十几年来，单片机技术的发展极为迅速，广泛应用于生产、生活的各个领域。从测量领域来看，一部分电子测量仪表在高速化、精确化方面有了明显的进步。电子测量仪表精确度的高低，直接影响着企业的经济效益。在我国现有经济水平下，使用单片机开发的电子测量仪表，测量精确而且性价比极高，不仅适用于电压、电流、电阻等的测量，还广泛适用于温度、湿度等测量场合。本课题设计了一个基于单片机的数字多用表，这种数字多用表以单片机作为数据处理主控芯片。首先，将输入的待测模拟信号经过A/D转换模块，转换成为单片机能够识别和处理的数字信号；然后，单片机对此数字信号进行数据处理；最后，测量结果通过LED显示模块显示出来。本课题设计的数字多用表具有用途多、测量精确、性能稳定、携带方便等优点，是电子测量中最常用的工具之一。它可以用来测量电压、电流、电阻等，操作起来非常简单，而且还可以进行功能扩展。关键词：单片机；电子测量；A/D转换；LED显示II目录1引言............................................................................................................................11.1数字多用表的研究现状.....................................................................................11.2课题重点解决的问题.........................................................................................22数字多用表的方案设计............................................................................................22.1数字多用表工作原理.........................................................................................22.2数字多用表的硬件电路设计.............................................................................32.2.1电阻测量电路和电阻测量原理......................................................................42.2.2电压测量电路和电压测量原理......................................................................62.2.3电流测量电路和电流测量原理......................................................................82.2.4LED显示..........................................................................................................93数字多用表的软件设计..........................................................................................123.1主程序流程图...................................................................................................133.2物理采样及处理流程.......................................................................................134结果分析..................................................................................................................144.1KEILC51软件环境简介..................................................................................144.2PROTEUS软件环境简介.................................................................................154.3结果分析...........................................................................................................165结束语......................................................................................................................17参考文献......................................................................................................................18附录源程序..................................................................................错误!未定义书签。11引言1.1数字多用表的研究现状现代的精密数字多用表是一种复杂的测量仪器，它通常提供交、直流电压，交、直流电流和电阻等常规测量功能。随着大规模集成电路和显示技术的发展，数字多用表的精度和分辨率越来越高，以其小型化、低功耗、低成本、简单易用的优势成为了计量测试、科研、国防和生产制造环境所不可或缺的主要精密测量设备。与模拟式仪表相比，数字多用表具有准确度高、测量范围宽、测量速度快、能够快速读取数值、抗干扰能力强、使用方便等特点。目前，作为高端数字多用表的精度和分辨率越来越高。一些高性能数字多用表采用了双模显示，分辨率已达61/2位数字，并具有波形捕获功能;多种标准的接口及以太网接口的采用，进一步扩展了数字多用表的应用范围和应用领域。目前的数字多用表虽然具有很高的灵敏度和准确度，但仍存在不足之处，主要从以下几个方面表现出来：（1）不能实现自动化显示和测量，最明显的问题是需要经常转换功能／转换量程开关，测量速度慢，显示不够精确，操作不便等缺点；（2）经常因测量范围过大而烧毁多用表。（3）反应慢，触点接触不良，功能/量程选择开关的弹簧片容易被损坏、氧化和变形。随着电子技术特别是检测和控制技术的飞速发展，提高数字多用表自动化水平成为可能，测量功能自动识别数字多用表取代手动操作的数字多用表是必然趋势。将测控技术的发展成果应用到数字多用表设计中，对传统数字多用表的结构进行改造，用先进的计算机控制技术代替传统的机械功能/量程选择开关，克服了目前数字多用表的缺点，能够进行快速、便捷、准确地测量，并大大提高了可靠性和安全性等性能指标。研制世界上最先进的新一代高智能化的数字多用表具有重要的现实意义，对于提高我国在仪表制造业方面的国际影响力和数字多用表在国际市场上的竞争力将发挥重大作用。现在的测试系统都在朝着小型化、智能化、多功能、模块化、标准化、数字化和开放型方向发展，随着检测技术和电子技术的进步和应用领域的扩大，这种演便将会越来越明显。整体模块趋于标准化，每个模块有独立的测量功能，用户可根据测试需要即插即用，十分灵活。新型的测量仪器在测量方面的作用越来越显著。RAM、CPU、FPGA、EPLD、ROM、DSP和ASIC是现代仪器的工作核心，它们的集成度越来越高、处理数据的速度也越来越快，甚至出现了系统级的芯片。仪器内部带有处理能力很强的智能软件，已不是简单的硬件实体，而是硬基于单片机的数字多用表的设计2件、软件相结合，软件在测量仪器智能高低方面起着重要的作用。不仅提高了产品的设计水平和产品的制造质量，而且缩短了生产周期。1.2课题重点解决的问题本课题重点要解决的问题是对各种测量内容和量程的转换，可以利用开关选择所需测量的内容，并使之正确的显示在显示器上。传统的数字多用表在测量时需要手动切换量程,不仅不方便,而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记切换量程或测量值超出测量范围,则会出现很大的测量误差,甚至有可能将数字多用表烧坏。另外，由于A/D转换器转换而来的值是整数，所以要把它转换为带小数点的字符串形式，从而使A/D转换器转换得到的值变成字符串的形式在LED上显示，能让各量程的值正确的显示。本课题中采用集成多路模拟开关、模数转换和运算放大器设计了数字多用表量程自动切换技术，通过单片机检测和软件编程可实现数字多用表量程的自动转换。它具有结构简单、体积小、动作快、驱动电流小、操作方便等优点。2数字多用表的方案设计2.1数字多用表工作原理本课题设计的数字多用表的实现是基于单片机原理。首先，在Proteus软件环境中进行硬件电路图的设计和描绘。然后在Keil软件环境中进行系统的软件编程，并进行程序源文件的编译和调试，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件电路运行实现的源代码来源。把.hex文件加载到80C51单片机芯片，然后在Proteus软件环境中运行硬件电路，数字多用表就可以正常显示了。本课题设计的数字多用表主要由:A/D转换模块、数据处理模块、显示模块这三大模块组成。其组成原理如图1所示。首先，被测量模拟量输入到A/D转换模块，变换为单片机能够识别和处理的数字量，然后，单片机对这个数字量进行处理,最后，输出给LED显示模块进行显示。图1系统的组成原理图（框图）A/D转换80C51数据处理模块被测量显示输入信号复位电路32.2数字多用表的硬件电路设计P2.7RDWR1234WRRDP2.7ABCDEFGHABCDEFGH1234XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U180C51X1CRYSTALR310kC110uFSW1SW-ROT-3D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1CLK11U274LS374OUT121ADDB24ADDA25ADDC23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC