本设计研究基于AT89C51的数字万用表,采用分流电阻、分压电阻、基准电阻、交流转换芯片AD736、ADC0808模数转换器及AT89C51单片机、数码管显示器等核心器件,设计出具有量程超限报警、交直流电压测量、电流测量、电阻测量、电容测量等功能,并具有显示功能。量程的设定可通过量程切换开关设置,并且会有对应的量程指示灯提示。设计中测试出电压值后根据对应的分压电阻、分流电阻即可计算出对应的电阻值和电流值,根据电容的充放电时间即可计算出电容值。本文重点从系统的硬件和软件进行分析,在硬件设计中重点分析了各模块电路,软件设计中重点描述了各模块软件流程结构。最后根据系统电路通过Proteus仿真并测试成功。
目 录
一、课题设计意义 1
二、总体方案设计 2
（一）方案选择 2
（二）方案流程 3
三、硬件设计 4
（一）元器件介绍 4
（二）各模块电路 6
（三）系统总电路 12
四、软件设计 14
（一）开发环境的搭建 14
（二）主函数模块 15
（三）子模块函数 17
五、仿真调试 23
（一）仿真软件介绍 23
（二）仿真调试 23
六、总结与展望 27
七、参考文献 28
八、致谢 29
一、课题设计意义
微电子技术的快速发展,单片机的性能也得到了巨大的发展,其中集成化,智能仪器也发展到了一个新的阶段。如今,单片机的核心电路的发展方向是单片集成化、数字化、智能化、网络化、多功能、低功耗、高可靠性。本设计是基于AT89C51设计的一款数字万用表。
我国现在比较常见的测量工具为3 1/2位的数字表,它的准确度并不优秀,而我这次设计的4 3/4位数字万用表在提高了不少精确度,性能更加完善。以前的模拟式万用表虽然已经经过长时间的发展,但已经无法满足当代的电子测量需要。数字万用表的出世啧大大弥补了模拟万用表的不足
本课题研究基于AT89C51的数字万用表,主要通过量程切换将外部检测信号衰减到200mv以内,然后由交流切换装置选择检测
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的是直流还是交流,如果是交流需经过AD736进行交流转换,然后通过LM324进行信号放大,信号放大后的模拟量在经过ADC0808模数转换,最终发送到单片机内进行处理。单片机根据检测的数据处理后发送到数码管上显示,同时根据量程切换点亮对应的MV/V指示灯,如果在测量过程中出现量程超限,单片机控制蜂鸣器报警。
二、总体方案设计
（一）方案选择
系统需要设计一个基于单片机的数字万用表,要实现检测交直流电压、电流、电阻和电容等参数。首先需要单片机来控制,其次需要有一个AD转换器将外部需要检测的模拟信号转换为数字信号,还需要交流转直流模块,最后还需要有显示器来显示检测的电压、电流等值,以及一个量程超限报警装置。显示器有很多种,有LCD液晶和数码管还有TFT彩屏等。要实现交直流电压值、电阻值和电容值的检测通常使用一个AD转换器,而AD转换却有很多种,如ADC0832、PCF8591、ADC0809、ADC0808等。
要选择一块单片机，主要根据系统需求选择。目前为止，单片机的型号和种类非常之多，比如有ATMEL公司开发的AT89C51/AT89C52等51系列和ATMEG8、ATMEG16等AVR系列，宏晶公司推出的STC89C51/STC89C52等增强型51系列，ST意法半导体公司推出的STM32等32位高级单片机。这里只列举部分代表芯片，现如今的单片机型号种类远远不止这些。因此就需要根据自己的设计需要和性价比综合考虑选择。因为本系统需要使用单片机设计一块万用表，需要对电流、电压、电阻等值进行检测并显示,所以应用的功能还是非常少的,对于处理速度要求也不是很高，故可从51系列单片机当中选择。而51系列的单片机非常多，有AT89C51/STC89C51等，对它们之间的选择可以从芯片的性价比来考虑，AT89C51是目前来说初学单片机接触最多的一款入门级芯片，学习难度低，而且内部资源完全和MCS51兼容，并且内部Flash和SRAM的存储容量也能满足要求，所以可以选择AT89C51单片机作为我们设计的核心控制芯片。而如果选择AVR或者ARM这类的芯片，就有点浪费资源，并且无形中增加了许多的开发成本，不仅芯片价格贵，而且开发难度大，对于开发者具有较高的要求。
对于显示器的选择,由于系统需要显示检测的数据,因此电路设计中还需要一个显示装置,现在的显示装置是非常多的,有数码管,LCD液晶,还有TFT彩屏。由于我们只需要对数字进行显示,所以我们使用控制最为简单、成本最低的数码管显示设备即可。它的控制方式非常简单,只需要搭建一个驱动电路,采用动态扫描即可实现。对于LCD液晶,它有LCD1602和LCD12864;LCD1602显示的内容很多,可以显示2行,每行字符16个。LCD12864可以显示汉子还可以显示字符,可以显示4行,显示的信息非常多,但是LCD的成本比较高,因此不适合本方案。对于TFT彩屏就不需要考虑,除了它驱动复杂,还有就是对于芯片处理速度要求非常高。
对于交流转换我们采用的是AD736芯片,此芯片具有2种输出方式,第二种AC输出可以解决本设计中交流转换问题。我们还需要将最终检测的值进行数字转换,其中需要AD转换芯片,由于设计中对精度的要求并不是非常高,出于成本考虑,选择一个8位的AD即可,8位的AD转换芯片非常多,根据编程难度及IO口占用数和体积大小,我们使用ADC0808芯片作为模数转换器。
（二）方案流程
根据上述方案设计，在电路设计中主要由量程切换电路、交流转换电路、信号放大电路、ADC0808模数转换电路、单片机最小系统、数码管显示电路和量程超限报警电路组成。而单片机最小系统又是由AT89C51单片机和晶振电路及复位电路、电源电路构成，缺一不可。从系统框图中还可以看到，AT89C51单片机处于中间位置，起核心控制作用。系统结构如图2.1所示：
检测
图2.1 系统结构图
AD736转换电压的有效值为200mv内,所以我们先通过量程切换将外部信号衰减到200mv以内,通过交流切换装置切换检测的是直流还是交流,如果是交流需经过AD736进行交流转换,然后通过LM324进行信号放大,信号放大后的模拟量在经过ADC0808模数转换,最终发送到单片机内进行处理。单片机根据检测的数据处理后发送到数码管上显示,同时根据量程切换点亮对应的MV/V指示灯,如果在测量过程中出现量程超限,单片机控制蜂鸣器报警。若要使系统正常运行，必须确保单片机的最小系统稳定工作。晶振电路提供时钟给单片机工作，犹如人的心脏。复位电路提供系统复位操作，当系统出现运行不正常或者死机等情况时，可以通过复位按键重新启动系统。电源电路也是非常关键的一个部分，因为单片机对供电电压是有要求的，如果电压过大将烧坏芯片，如果电压过小系统将运行不了。所以如果一个合适稳定的电源电路是非常关键的。单片机的核心地位从上述框图就可以看出。

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