基于AT89S52单片机的智能多用表设计毕业论文.doc

1、1 摘要 电学参数测量技术涉及范围广 ， 特别是微电压 、 微电流 、 高电压以及待测信号强弱相差极大的情况下 ， 既要保证弱信号的测量精度又要兼顾强信号的测量范围 ， 在技术上有一定的难度 。 传统的低成本仪表在测量电压 、 电阻时都采用手动选择档位的方法来转换量程 。 在使用中 ， 当忘记转换档位时 ，会造成仪表测量精度下降或损坏 。 现代电子测量对系统的精度要求越来越高且智能化程度也越来越高 。 全量程无档 自动量程转换 电压表 和 电阻 表是在保证测量精度不下降的前提条件下省去手动转换量程的工作 ， 得到了广泛应用 。 本文介绍了一种基于 AT89S52单片机 的智 能多用表 。 该

2、表 能在单片机的控制下完成直流电压、电阻和直流电流的测量。测量 电流 部分 采用了简单的I/V转换电路 完成测试 ；测 量 电压部分 结合模拟开关 CD4051和 运算放大 器OP07构成程控放大器，实现了自动量程转换； 测量电阻部分也 由 模拟开关CD4051和运算放大器 OP07相结合，在单片机控制下完成了自动量程转换。电流、电压和电阻的最终测量 信号 都 在单片机的控制下 由 12位 A/D转换器TLC2543进行 采集， 采集的信号经单片机数据处理 后 通过 LCD（ 12864） 显示 出来 ，测量结果还可以由 带有串行 EEPROM的 CPU存储器和 监控器 的 X25045进行

3、多个 数据 保存 。 关键词： TLC2543 自动量程转换 程控增益放大器 电压 电阻 电流 2 Abstract The electricity parameter measuring technique involves the area to be broad, specially micro voltage, micro electric current, high voltage as well as in testing signal strong and the puniness discrepancy enormous situation, both must guarant

4、ee the discrepancy signal the measuring accuracy and to give dual attention to the strong signal the measuring range, technically has certain difficulty. Traditional low cost measuring appliance when measurement voltage, resistance uses the manual choice files position the method to transform the me

5、asuring range. In use, when forgot transform the files position, will cause the measuring appliance measuring accuracy to drop or the damage. The modern electronic surveying to systems accuracy requirement is getting higher and higher, and the intellectualized degree is also getting higher and highe

6、r. The entire measuring range does not have the files automatic measuring range transformation voltmeter and the ohmmeter is in the guarantee measuring accuracy does not drop under the prerequisite omits the manual transformation measuring range the work, obtained the widespread application. This ar

7、ticle introduced one kind based on AT89S52 monolithic integrated circuits intelligent multipurpose meter. This meter can complete the DC voltage, the resistance and the direct current measure under monolithic integrated circuits control. The measuring current part used the simple I/V switching circu

8、it to complete the test; Measurement voltage part union simulation switch CD4051 and the operational amplifier OP07 constitution program control amplifier, has realized the automatic measuring range transformation; The measure resistive part also unifies by simulation switch CD4051 and operational a

9、mplifier OP07, has completed the automatic measuring range transformation under the monolithic integrated circuit control.The electric current, the voltage and the resistance final measure signal under monolithic integrated circuits control carries on collection by 12 bit A/D switch TLC2543, the col

10、lection signal after the monolithic integrated circuit data processing through LCD (12864) display that the measurement result may also by have the serial EEPROM CPU memory and monitors X25045 carries on many data storages. Key word: TLC2543 Automatic measuring Range of transformation Program contro

11、l gain Voltage Resistance Current 3 目录 摘要 1 Abstract 2 第一章 绪论 5 1 1 概述 5 1 2 智能仪器 /仪表国内外发展概况 5 1 3 课题研究目的及意义 6 第二章 系统结构及功能介绍 8 2 1 系统功能和性能指标 8 2 1 1 仪表功能 8 2 1 2 性能指标 8 2 1 3 本机特色 8 2 1 4 系统使用说明 9 2 2 系统工作原理概述 9 第三章 方案设计与论证 11 3 1 量程选择的设计与论证 11 3 2 译码显示部分方案分析与论证 12 第四章 硬件系统的设计 13 4 1 系统硬件设计 13 4 2 各

12、部分硬件设计 15 4 2 1 量程自动转换电压测量原理 16 4 2 3 在线电阻测量原理 18 4 2 3 电流测量原理及 AD620的应用 19 4 2 4 运算放大器的选择与 OP07的应用 20 4 2 5 A/D芯片 TLC2543简介 21 4 2 6 串行存储器 X25045 26 4 2 7 显示部分 28 第五章 系统软件设计 30 5 1 概述 30 5 2 主程序结构 30 5 3 自动量程基本控制流程 32 4 第六章 系统测试 33 6 1 实验条件与标定方法 33 6 2 测试方法 33 6 3 测 量结果与分析 35 第七章 结束语 37 谢 辞 38 参考文献

13、 39 附录 41 1 TLC2543读写程序 2 X25045读写程序 3 电压电阻 自动量程转换测量程序 5 第一章 绪论 1 1 概述 在自动测控系统和智能仪器中 ， 如果测控信号的范围比较宽 ， 为了保证必要的测量精度 ， 常会采用改变量程的办法。改变量程时 ， 测量放大器的增益也应相应地加以改变 ； 另外 , 在数据采集系统中 ， 对于输入的模拟信号一般都需要加前置放大器 ， 以使放大器输出的模拟电压适合于模数转换器的电压 范围 , 但被测信号变化的幅度在不同的场合表现不同动态范围 ， 信号电平可以从微伏级到伏级 ， 模数转换器不可能在各种情况下都与之相匹配 ， 如果采用单一的增益放

14、大 ， 往往使 A/D 转换器的精度不能最大限度地利用 ， 或致使被测信号削顶饱和 ， 造成很大的测量误差 ， 甚至使 A/D 转换器损坏 。 使用程控增益放大器就能很好地解决这些问题 ， 实现量程的自动切换 ， 或实现全量程的均一化 ， 从而提高 A/D 转换的有效精度 。 因此 ， 程控增益放大器在数据采集系统 、 自动测控系统和各种智能仪器仪表中得到越来越多的应用 。 数字电压 、 电阻 和 电流 表是诸多数字化仪 表的核心与基础，电压 电阻 电流 表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视

15、觉疲劳。目前数字 万用 表的内部核心部件是 A D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度 。 本文 A D转换器采用 TLC2543对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89S52再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示 测量的 信号。 同时 ， 使用了程控增益放大器很好的实现了 电压 量程自动转换 ；使用模拟开关选择不同的量程电阻，实现不同电阻 量程间的自动转换 ， 使用仪用放大器 AD620构成 I/V转换电路， 完成精确测量 。 1 2 智能仪器 /仪表国内外发展概况 智能仪器 /仪表是计算机技术向测量仪器移植的产物 1。是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于它

16、拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，有着智能的作用 (表现为智能的延伸或加强等 )，因而被称之为智能仪器 22。这一观点已逐渐被国内外学术界所接受。如我国电磁测量信息处理仪器学会于 1988 年正式成立“自动测试与智能仪器专业学组” ,1986年 IMECO(InternationalM easurementConfederation，国际测量联合会 )以6 “智能仪器”为主题召开了专门的讨论会， IFAC (InternationalFederation of Automatic Control,国际自动控制联合会 )1988 年的理事会正式确立“智能元件及仪器” (In t

17、elligentC omponentsa ndI nstruments)(TC25)( C&I)为其系列学术委员会之一。此外， 1989 年 5月在我国武汉召开了第一界测试技术与智能仪器国际学术讨论会 (ISMT 1189),自从 1971 年世界 上出现了第一种微处理器 (美国 Intel 公司 4004 型 4 位微处理器芯片 )以来，微计算机技术得到了迅猛的发展 22。测量仪器在它的影响下有了新的活力，取得了新的进步。电子计算机从过去的庞然大物己经可以在某种特定条件下缩小到可以置于测量仪器之中，作为仪器的控制器、存储器及运算器， 并 使其具有智能的作用。概括起来说，智能仪器在测量过程自动

18、化、测量结果的数据处理及一机多用 (多功能化 )等方面己经取得巨大进步。到 80 年代，可以说，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中已经很少有不采用微计算机技术的了。总的来说，传统仪表的 不断的 改进 ， 新型仪表 也不断的 出现，传统的手持式 仪表 表，在采用了单片微机控制之后，功能更加多样，使用更加方便、可靠，而且准确度大为提高。 1 3 课题研究目的及意义 电压 （ Volatage） 是基本的物理量之一，对电压进行测量的要求是普遍存在的，无论在科学研究生产实践，或是在日常生活中，人们都需要对电压进行测量。不仅电量，即使是非电量也常常是借助电压测量的方法来进行研究。数字多用表的首要功能

19、即是对电压进行测量。 数字电压表是通用仪器中使用较广泛的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都用可数字电压表完成测试。因此， 数字电压表被广泛地应用于科研和生产测试中。 电阻的参数测试在电子设计中是至关重要的，目前其测试基本上都采用直接测量的方式，即用万用表直接测试元件的两端以测得元件参数。但通常设计者们在电路设计初期只能通过理论分析计算需要的电子元件的参数，在实际的设计中，需要测试更换一些电路板上的电子元件。但此时元件已经焊接在电路板上，特别像电阻电容往往都不是分立的元件，而是和其他的元件或并、或串联在一起，直接测试两端的话将会造成极大的误差。传统的做法是焊开原器件再测量，以避免受板上其他

20、元器件的影响。这不仅麻烦，测试速度低，甚 至可能损伤印制板和元件。如果能够在不焊开其他元件的情况下准确的测试元件的参数大小，则可以避免以上问题。本文 除了完成测试直流7 电压电流的部分之外 ， 还 介绍 了 一种单片机控制的在线电阻测 试（也可不在线测试） ，采用在线测试的“电隔离”技术，使旁路电阻、电容忽略不计，无须焊开元件便可直接在印制板上测试元件的参数，既保持了印制板和元件的完整性，又大大提高了测试速度。 目前 , 大多数的测量仪表采用手动转换方式 , 这种量程转换方式工作量大 , 使用不方便 , 当量程选择不当时 , 会影响测量精度 , 甚至损坏仪表 . 因此 , 研制量程自 动转换电

21、压 电阻 表具有较强的实用意义 。在传统电压电阻测量仪器中，对某一电压或电阻的测量需要根据不同的量程进行手动旋钮选择，或即使在现有的一些智能仪表中， 自动量程转换通常采用继电器的切换来选择 ，优 点是导通阻抗小，开路阻抗大，但其存在着体积大，驱动电流大，动作慢 ， 容易老化等缺点 21。 本系统能实现电阻和直流 电压 自动量程转换机制 ，由单片机完成对数据的计算和存储等工作，实用性强，具有智能性。 这种 测量 方法速度快、精度高 ,电路简单 ,判别和设置量程不会占用微处理器大量时间。 在智能仪表中，普遍受到应用。 8 第 二 章 系统结构及功能介绍 2 1 系统功能和性能指标 2 1 1仪表功

22、能 根据设计要求， 基于单片机的智能多用表 能将测量直流电压、电阻和直流电流于一体， 能根据电压 或电阻的 大小进行不同量程间的 自动 转换，并且具有多个数据存储功能 ，有超量程报警 功能。电压、电阻和电流之间的转换一键可切换，简单方便。 2 1 2 性能指标 功能 量程 输入阻抗 准确度 直流电压 100mV 大于 10M 士 1 200mV 1V 10V 50V 110V 电阻 200 1 K 10 K 100 K 1M 10M 直流电流 2A 士 0.5 2 1 3 本机特色 （ 1）电压能实现自动量程转换，确保良好的测量精度。 （ 2）电阻能实现自动量程转换，确保良好的测量精度。 （

23、3）测量结果可以进行 多个数据 掉电保存。 （ 4）电压、电阻和电流之间可一键 切换，简单方便 。 9 2 1 4 系统使用说明 （ 1）开机 接通电源后系统复位进入工作状态，此时可以进行 测试 。 （默认测试状态为电阻测量） （ 2）本系统设置了四个 按键，从左到右排列为 按键 1、 2、 3、 4。其中 ， 按键 1设定为测量数据保存键，每按一次， 转换 X25045 的 EEPROM中的地址。 按键 2为已保存数据的读取键，每按一次，可读取已存的数据。3键 数据存储确认键 。 按键 4为电压 /电阻 /电流 切换键。 2 2 系统工作原理概述 该系统 以 AT89S52 单片机作为控制中

24、心，系统结构如图 1 1 所示。 图 1 1 系统基本工作原理方框图 系统主要包括 电压衰减 、 程控增益放大电路 、 Rx/Vo 转换电路 、 I/V 转换电 路、 A/D 转换 、 数据存储 、键盘控制、 LCD 显示、 声光指示电路 、以及控制心脏 单片 机。 AT89S52 被测电压 衰减电路 A/D 转换器 （ TLC2543） 按键模块 声光指示模块 LCD 显示（ 12864） EEPROM (X25045) 程控增益放大器（自动转换模块） 被测电阻 Rx/Vo 转换 模块（自动转换模块） 被测电流 I/V 转换 电路 10 进行电压测量时 系统由 单片机对放大倍数选择进行控制，

25、可根据不同的输入信号 Vi，在程序控制下自动选择合适的放大倍数， 达到自动量程转换的目的， 从而简化了测试工作，加快了测试速度，提高了测试的自动化水平 ，体现出智能化。 进行电阻测量时，由模拟开关完成量程的自动转换，即根据被测电阻的大小，而选择相应的量程电阻 测量结果由电阻转换为电压之后，由 A/D转换器 TLC2543采样，经单片机数据处理后由 LCD12864显示出电阻值。 电流的测量 由仪用放大器 AD620和 1电阻组成 I/V转换电路，结果送入TLC2543进行模数转换。 放大倍数的选择由模拟开关 CD4051和低失调低漂移高精度运放 OP07来完成， 被测电压衰减并自动选择适合的放大倍数后，由 12 位 A/D 转换器TLC2543 进行采样，经单片机数据处理后由 LCD12864 显示出电压值。