1、新疆农业大学科学技术学院课程设计报告课程名称： 单片机原理与应用 学生姓名： 完成时间： 系（部） 专业班级课程实训题目 姓 名 组 别同组实训者指导教师 实训时间 指导教师评语指导教师签名： _年 _ 月_日 实训成绩新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 I摘 要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 AT89S52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
2、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 显示新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 目 录1、数字万用表设计的目的及背景 .11.1 设计目的 .11.2 设计背景 .12、数字万用表设计的任务与要求 .12.1 设计任务 .12.2 设计要求 .13、数字万用表的设计依据及要解决的问题 .13.1 数字万用表的设计依据 .13.2 数字万用表设计重点解决的问题 .24、数字万用表的基本原理及设计特点 .24.1 数字万用表的基本原理 .24.2 数字万用表具有以下
3、几点特点 .25、 硬 件 设 计 .35.1 单 片 机 及 其 外 电 路 .35.1.1 单 片 机 AT89S52.35.1.2 单 片 机 AT89S52 主 要 性 能 .45.1.3 功 能 特 性 描 述 .45.1.4 单 片 机 外 围 电 路 图 .45.2 A/D 转 换 电 路 .55.3 显 示 电 路 .55.4 电 阻 测 量 电 路 .65.5 电 压 测 量 电 路 .75.6 电 流 测 量 电 路 .76、软件设计 .86.1 系统总流程图 .86.2 物理量采集处理流程图 .9总 结 .10参考文献 .11附 录 .12附录 1 硬件设计整体结构图 .
4、12附录 2 数字多用仪表元件清单 .14附录 3 程序代码源 .15新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 11、数字万用表设计的目的及背景1.1 设计目的 本课程设计是在学习先修课程单片机原理与应用之后，为加强对学生系统设计和应用能力的培养而开设的综合设计训练环节。本课程设计应结合单片机原理与应用课程的基础理论，重点强调实际应用技能训练，包括单片机系统设计的软件和硬件两部分。其课程设计任务是使学生通过应用单片机系统设计的基本理论，基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，初步掌握并具备应用单片机进行设备技术改造和产品开发的能力，培养学生的创新意识，提高学生的动手能力
5、和分析问题、解决问题的能力。 1.2 设计背景数字万用表是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量，已被广泛应用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。随着时代科技的进步，数字万用表的功能越来越强大，把电量及非电量的测量技术提高到崭新水平。2、数字万用表设计的任务与要求2.1 设计任务 （1）可以检测电压、电流、电阻，用功能开关选择。 （2）在 4 位 LED 显示器示检测值。 2.2 设计要求 (1)给出系统硬件电路原理图（用 protel 或其它电路图软件画出）。(2)给出系统程序流程图、程序清单（加注释）。(3)以论文格式给出设
6、计报告。3、数字万用表的设计依据及要解决的问题3.1 数字万用表的设计依据根据数字万用表的原理，结合以下的设计要求：“设计一个数字万用表，能够测量电流、电压、电阻值，四位数码显示。电压测量范围为 05V，测量误差约为正负 0.02V，电流测量范围为 1100mA，测量误差约为正负 0.5mA，电阻测量范围为01000，测量误差约为正负 2。由此设想出以下的解决方法，即数字万用表的系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、51 单片机最小系统、显示部分、AD 转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障。新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 23.2 数字万用表设计重点解决的问题本设
7、计重点要解决的问题是对不同量程的各种测量内容的转换，还有就是各部分电路组合成一个完整的数字万用表，而难点解决的问题就是程序的设计，要保正其可行性从而保证设计的正确性。4、数字万用表的基本原理及设计特点4.1 数字万用表的基本原理数字万用表的最基本功能是能够测量电流、电压，还有能够测量电阻，数字万用表（DMM）亦称数字多用表，是目前在电子检测及维修工作中最常用、最得力的一种工具类数字仪表。它采用的数字化测量技术，通过对连续的模拟量（直流输入电压）的采样将其转换成不连续、离散的数字量，并以十进制数字形式显示出来。由于内部采用了运放电路,内阻可以做得很大,往往在 1M 欧或更大( 即可以得到更高的灵
8、敏度)。这使得对被测电路的影响可以更小，测量精度较高。 根据设计要求，将整个系统分为 4 部分：测量电路部分、通道选择及量程转换部分、A/D 转换电路部分、主控电路部分，其中测量部分分为交直流电压、电流测量以及电阻阻值。对于交流输入，先将其转化为等值的直流信号，再采用分压式测量，而直流输入，采用分压式直接测量；电阻的测量采用伏安法，由 A/D 采样输入单片机；二极管正向导通压降采用一恒流源加在被测器件上，再有 A/D 采样输入单片机；三极管 hfe 值的测量是给其基极加上一偏置电压，测得输出电流，再转换成电压信号输入单片机。通道选择及量程转换部分我们采用小型继电器控制;MCU 主控电路采用 A
9、T89S52 单片机。4.2 数字万用表具有以下几点特点（1）显示清晰直观（2）计数准确（3）准确度高（4）分辨力高（5）测试功能强（6）测量范围宽（7）测量速率快（8）输入阻抗高（9）集成度高，微功耗（10）保护功能完善，抗干扰能力强新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 35、 硬 件 设 计5.1 单 片 机 及 其 外 电 路 5.1.1 单 片 机 AT89S52单片机选择的是较为熟悉的 AT89S52,引脚如图 5-1 所示单片机 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术
10、制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节Flash， 256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工
11、作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。单片机及其外围电路主要是为系统提供稳定的时钟源和复位操。新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 4图 5-1 AT89S52 芯片引脚图5.1.2 单 片 机 AT89S52 主 要 性 能（1）与 MCS-51 单片机产品兼容（2）8K 字节在系统可编程 Flash 存储器（3）1000 次擦写周期（4）全静态操作：0Hz 33Hz （5）三级加密程序存储器（6）32 个可编程 I/O 口线（7）三个 16 位定时器/计数器（8）八个中断源
12、（9）全双工 UART 串行通道（10）低功耗空闲和掉电模式（11）掉电后中断可唤醒（12）看门狗定时器（13）双数据指针（14）掉电标识符5.1.3 功 能 特 性 描 述AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52 具
13、有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/ 计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。5.1.4 单 片 机 外 围 电 路 图新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 5图 5-2 单 片 机 及 其 外
14、 围 电 路5.2 A/D 转 换 电 路如图 5-3 所示，ADC0808 是带有 8 位 A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件。它是逐次逼近式 A/D 转换器，可以和单片机直接接口。 ADC0808 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4 条 ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将 A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进
15、行转换。A ，B 和 C 为地址输入线，用于选通 IN0IN7 上的一路模拟量输入。本设计采用直通方式如图 1，其中AV、VV、RV 分别作为待测信号，通过 ABC 选通并输入 AD。图 5-3 ADC0808 连接图5.3 显 示 电 路如图 5-4 所示，SR420561K 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD码七段码。特点：具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动 LED 示器。SR420561K 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器。本次设计我们通过 74LS374 来驱动，再通过 74HC24
16、5 来放大信号输入给显示，电路图如图 5-5。新疆农业大学科学技术学院 课程设计报告 6图 5-4 SR420561K 引脚图图 5-5 显示电路及外围电路5.4 电 阻 测 量 电 路运算放大器的反馈电阻 RX 作为待测量电阻，通过 1000 电阻 R19 接到电源-5V。假定运算放大器理想，那么 ，将 RV 送给 ADC0808，转换后得到数195RXV字量为 ，注意此时刻得到的 RX 为二进制，需要转化为十进制数后才2519RVD能送给数码管显示。程序中采用无符号除法，连续进行次除以 10 的除法，依次取得为数值，并且电阻测量范围只保证在 01000 范围内误差不超过 2，如果测量其他范围的电阻，需要修改 R19 的数值，或采用其他电路。电路图如 5-6所示。
