基于單片機(jī)at89c51的數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Ui R1 9M R2 900K R3 90K R4 9K R5 1K 2020V 2V 20V 200V 動(dòng) 片 2 數(shù)字電壓表頭 IN+ IN 200mV 200mV 例如：其中 200V 檔的分壓 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 11 即被測(cè)電流 RUI ii ? 圖 25 電流測(cè)量原理 圖 26 多量程分流器電路 若數(shù)字表頭的電壓量程為 U0，欲使電流檔量程為 I0，則該檔的取樣電阻 (也稱分流電阻 )為 00 IUR? 如 0U =200mV ，則 0I =200mA 檔的分流電阻為 R=1Ω 。 多量程分流器原理電路見圖 26。圖 26 中的分流器在實(shí)際使用中有一個(gè)缺點(diǎn)，就是當(dāng)換檔開關(guān)接觸不良時(shí)，被測(cè)電路的電壓可能使數(shù)字表頭過載，所以，實(shí)際數(shù)字萬用表的直流電流檔電路為圖 27 所示。圖 27 中各檔分流電阻的阻值是 這樣計(jì)算的：先計(jì)算最大電流檔的分流電阻 5R Ω)(50 ???ms IUR 再計(jì)算下一檔的 4R ）（ 54m04 ????? 依次可計(jì)算出 5R 、 2R 、 1R 。 圖中的 BX 是 2A 保險(xiǎn)絲管，電流過大時(shí)會(huì)快速熔斷，超過流保護(hù)作用。兩只反向連接且與分流電阻并聯(lián)的二極管 D D2 為塑封硅整流二極管，它們起雙向限幅過壓保護(hù)作用。正常測(cè)量時(shí)，輸入電壓小于硅二極管的正向?qū)▔航?，二極管截止，對(duì)測(cè)量毫無影響。一旦輸入電壓大于 ，二極管立即導(dǎo)通，兩端電壓被限制住 (小于 )，保護(hù)儀表不被損壞。 4 交流電壓電流測(cè)量處理原理數(shù)字萬用表中交流電壓，電流測(cè)量電路是在直流電數(shù)字電壓表頭 Ii Ui IN+ IN r R 1K 100 10 1 200uA 2mA 20mA 200mA 2A Ii Ui IN+ IN 數(shù)字電壓表頭 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 12 壓、電流測(cè)量電路的基礎(chǔ)上，在分壓 器或分流器之后加入了一級(jí)交流 直流 (ACDC)變換器，圖 28 為其理簡(jiǎn)圖。該ACDC 變換器主要由集成運(yùn)算放大器、整流二極管、 RC 濾波器等組成，還包含一個(gè)能調(diào)整輸出電 壓高低的電位器，用來對(duì)交流電壓檔進(jìn)行校準(zhǔn)之用。調(diào)整該電位器可使數(shù)字表頭的顯示值等于被測(cè)交流電壓的有效值。同直流電壓檔類似，出于對(duì)耐壓、安全方面的考慮，交流電壓最高檔的量限通常限定為 700V (有效值 )。 5 電阻測(cè)量原理 數(shù)字萬用表中的電阻檔采用的是比例測(cè)量法，其原理電路見圖 29。由穩(wěn)壓管 ZD 提供測(cè)量基準(zhǔn)電壓，流過標(biāo)準(zhǔn)電 R0和被測(cè)電阻 RX的電流基本相等 (數(shù)字表頭的輸入阻抗很高，其取用的電流可忽略不計(jì) )。所以 A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓 REFU 和輸入電壓 INU有如下關(guān)系： xINREF RRUU 0? 即 0RUURREFIN? 根據(jù)所用 A/D 轉(zhuǎn)換器的特性可知，數(shù)字表顯示的是 UIN與 UREF的比值，當(dāng) UIN=UREF時(shí)顯示“ 1000”， UIN=“ 500”， 以此類推。所以，當(dāng) RX=R0時(shí)表頭將顯示“ 1000”，當(dāng) RX=“ 500”，這稱為比例讀數(shù)特性。因此，我們只要選取不同的標(biāo)準(zhǔn)電阻并適當(dāng)?shù)貙?duì)小數(shù)點(diǎn)進(jìn)行定位，就能得到不同的電阻測(cè)量檔。如對(duì)200Ω檔，取 R01=100，小數(shù)點(diǎn)定在十位上。當(dāng) RX=100Ω時(shí)，表頭就會(huì)顯示出 Ω。當(dāng) RX變化時(shí)，顯示值相應(yīng)變化，可以從 。又如對(duì) 2 kΩ檔，取R02=1KΩ，小數(shù)點(diǎn)在千位上。當(dāng) RX變化時(shí)，顯示值相應(yīng)變化，可以從 KΩ測(cè)到 KΩ。其余各檔道理相同，同學(xué)們可自行推演。數(shù)字萬用表多量程電阻檔電路見圖 210。由上分析可知， R1= R01=100Ω R2= R02 R01=1000100=900BΩ R3= R03 R02=10K1K=9K ﹍﹍﹍﹍ 圖 210中 由正溫度系數(shù) (PTC)熱敏電阻 R1與晶體管 T組成了過壓保護(hù)電路，以防誤用電阻檔去測(cè)高電壓時(shí)損壞集成電路。當(dāng)誤測(cè)高電壓時(shí)，晶體管 T 發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時(shí) R1隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使 T 的擊穿電流不超過允許范圍。即 T 只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會(huì)損壞，一旦解除誤操作， R1和 T都能恢復(fù)正常。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 13 圖 27 實(shí)用分流器電路 圖 28 ACDC 變換器原理簡(jiǎn) 圖 29 電阻測(cè)量 Ii BX D1 D2 動(dòng) 片 2 200uA 2mA 20mA 200mA 200mA 900 90 9 R1 R2 R3 R4 R5 Ui IN+ IN 數(shù)字電 壓表頭 ZD R0 R5 VREF+ VREF IN+ IN UREF UIN A／ D 轉(zhuǎn)換 及 數(shù)字 表頭 直流電壓輸出 交流電壓校準(zhǔn)你 交流電壓輸入 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 14 6 6 電容測(cè)量原理 電容測(cè)量是根據(jù)電容充電原理其充電電壓與時(shí)間成一定的指數(shù)關(guān)系。根據(jù)電壓和時(shí)間可以計(jì)算出電容的值。 圖 210 電阻測(cè)量 Rt A／ D 轉(zhuǎn)換 及 數(shù)字 表頭 RS PTC T 100 200ΩΩ 900 2 KΩ 9K 20KΩ 90K 200KΩ 900K 2MΩΩ +V VREF+ VREF IN+ IN 動(dòng) 片 2 R5 R4 R3 R2 R1 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 15 數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架圖 如下圖 211 所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復(fù)位電路、震蕩電路、 ADC輸入、被測(cè)量顯示、超限報(bào)警、 ADC 使能控制。復(fù)位電路用來清零，進(jìn)行下一次的測(cè)量；震蕩 電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定； ADC 輸入則是將輸入量進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換；測(cè)量顯示就是顯示測(cè)量的數(shù)值；超限報(bào)警部分則是用作當(dāng)測(cè)量量超出量程范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便提醒用戶更改大量程； ADC 使能控制則用來對(duì)輸入量進(jìn)行控制，允許輸入或者不允許。 圖 211. 總體電路設(shè)計(jì)原理圖 復(fù)位電路 震蕩電路 ADC 輸入 89c51 被測(cè)量顯示 超限報(bào)警 ADC 使能控 制 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文） 數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 16 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計(jì)方案 17 3 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計(jì)方案 芯片選擇及功能簡(jiǎn)介 AT89c51 芯片功能特性描述 AT89c51 引腳框圖： 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（內(nèi) 1/外 0 程序選擇） TXD 11 30 ALE/P （地址鎖存輸出） INT0 12 29 PSEN （外 部程序讀選通輸出） INT1 13 28 T0 14 27 T1 15 26 WR 16 25 RD 17 24 X2 18 23 X1 19 22 GND 20 21 圖 31 AT89c51芯片引腳圖 1 主要特性： 8031 CPU與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程 FLASH存儲(chǔ)器 (壽命： 1000寫 /擦循環(huán) ) 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 128*8位內(nèi)部 RAM 32條可編程 I/O線 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 選用芯片介紹及硬件電路設(shè)計(jì)方案 18 6個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2 管腳說明： VCC：供電電壓。