摘要
本论文阐述了功率测量系统的设计思路和具体设计步骤。依据单片机接口技术的原理，以测量功率为主要设计意图。设计和制作一台直流功率表，用于太阳能电池组发电量的统计或其他应用场合。能测量电压、电流、计算实时功率、累计电量，自带时钟，能测量一天内累计电量、记录每分钟电压、电流、输出功率值并通过串行接口可将数据发送至电脑。集测量、显示等功能于一体，设计完整、结构清晰、操作简单。
在本设计中，对电路中电压和电流分别进行采样，再经模数转换将模拟量变为对应的数字量，之后可以利用单片机内部程序进行乘法运算就可以得到结果，并通过诺基亚5110液晶屏显示电压和功率。本文详细论述了数字直流功率表硬件电路的组成及程序的编写。利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理和显示输出。
关键字：直流功率表；AD转换；实时测量；存储
Abstract
This paper describes the power measurement system design ideas and specific design steps. Based on the principles of chip interface technology to measure the power of the main design intent. Design and production of a DC power meter, battery pack for solar power generation statistical or other applications. Can measure voltage, current, real-time computing power, cumulative power, comes with clock, can measure total power within a day, recording every minute voltage, current, output power values through the serial interface to send data to the computer. Set measurement, display and other functions in one, design a complete, clear structure, easy to operate.
In this design, the voltage and current in the circuit samples, and then the analog-digital conversion of the analog into a digital value corresponding to, and through the Nokia 5110 LCD screen display voltage and power. This paper discusses in detail the digital DC power meter hardware circuit composition and preparation procedures. Using the MCU to complete the entire measurement circuit test control, data processing and display output.
Keywords: DC power meter; AD conversion; real-time measurement; storage
目录
引言 (1)
1基本理论 (2)
1.1 电功率的数学基础 (2)
1.2 功率的数字测量 (2)
1.2.1功率测量方法及技术 (2)
1.3 电压的测量 (3)
1.3.1直接AD转换 (3)
1.3.2电压的测量方法 (3)
1.4 电流的测量 (4)
1.4.1电流/电压转换 (4)
1.4.2低端检流方式 (4)
1.4.3高端检流方式 (4)
1.4.4基于霍尔效应的电流检测 (4)
2设计方案 (4)
2.1 方案设计及比较 (4)
3电功率测量电路 (6)
3.1 系统框图 (6)
3.2 工作原理 (6)
3.3 电压测量电路 (6)
3.4 电流测量电路 (7)
3.5 电源系统电路 (8)
3.6 单片机及显示电路 (9)
3.7 时钟发生电路 (11)
4软件系统 (11)
4.1 单片机软件 (11)
4.1.2AD转换软件滤波程序 (12)
4.1.3功率计算程序 (15)
4.1.4数据存储程序 (16)
4.1.5显示及按键响应程序 (17)
4.1.6时钟读取 (20)
4.1.7通信子程序 (22)
5硬件制作 (24)
5.1 制作PCB板 (24)
5.1.1 Protel 99se简介 (24)
5.1.2绘制PCB图注意事项 (24)
5.2 具体过程 (26)
5.3 硬件制作 (27)
5.3.1铜板的整修 (27)
5.3.2热转印 (27)
5.3.3腐蚀铜板 (27)
5.3.4打孔 (27)
5.3.5焊接 (27)
6系统调试 (27)
6.1 硬件调试 (27)
6.1.1硬件静态调试 (27)
6.1.2硬件动态调试 (28)
6.2 软件调试 (28)
7.1 硬件处理 (28)
7.2 软件处理 (29)
8 结论 (29)
谢辞......................................................................................................... 错误！未定义书签。参考文献 ............................................................................................... 错误！未定义书签。附录......................................................................................................... 错误！未定义书签。
引言
近年来，随着电子技术、计算机技术和半导体技术的飞速发展，给电力系统测量也带来了巨大的革命。而功率表是用来测量负载功率的仪器，它和其它类的仪器仪表一样，有着相同的发展历程。按照其时间和工作原理分类，电功率表主要经历了感应式、机电式、电子式等时代。随着社会的进步科技的发展提高电能测量技术-改机械式功率表为智能型数字功率表已成为时代的要求。电力测量系统的智能型数字表通常是以单片机为核心，配置一定的外围电路和软件，能够实现多种功能。数字化智能化测控仪表是近年来工业过程应用仪表方面的主要的发展趋势。微电子技术的发展和工业过程对测控方面要求的加强，使智能化测控仪表的应用更广、成本更低。单片机具有成本低、可靠性高、应用灵活的特点。由各具体行业的业内人士使用单片机来开发或改造一般仪表是一条可行的道路。在电工与电子技术应用中，经常要测量功率。它是利用通有电流的可动线圈在另一个通电线圈形成的磁场中产生转动力矩而工作的仪表，其显著缺点是结构复杂、过载能力较差，本身消耗功率较大，且易受外磁场的影响，同时这样的功率表一般都是多量程的，在测量过程中需有电压表和电流表配合选定电压和电流量程，在选择不同的电压和电流量程时，刻度盘上每一分格代表不同的瓦特数，读得的结果需要进行换算才能得出所要测量的功率，致使测量很不方便。另外在功率测量中，经常遇到被测电路的功率因数很低的情况，这时必须采用专门的低功率因数功率表才能准确得到结果。基于单片机设计的新型智能功率表可克服上述不足。而随着电子技术的发展和对功率测量的精度的要求不断提高，智能型数字功率表将取代目前比较常用指针式电动功率表。
电子式电能仪表的发展历程可以概括为：20世纪90年代初期的以机电一体为主的工业多费率电能仪表；中期的电子式电能仪表；中后期IC卡电能仪表、电力载波仪表等。目前随着电子技术的发展，主要是芯片的发展，电能计量产品的发展也是百花齐放。2000年初，电力供应紧张，国家试行并加大两部制电价和分时计费的应用范围，上海市推行黑白表也使得多费率电能仪表得以迅速发展，促进了电子式多费率电能仪表的使用2002年，国家发展改革委员会正式发布推荐使用分时计费的产业政策在市场的推动下，电子式电能仪表发展迅猛。由于电子式电能仪表具有数字通信接口，促使电能计量及用电管理自动化系统等特点得到了大量的使用（负荷控制系统、远程抄表系统），各类抄表系统的可靠性、实用性有了较大的提高。近年来电力需求紧张，使负荷控制得到了一定的发展。即使将来电力充足，从节能环保角度而言，负荷控制产品仍然具有很重要的实际意义。随着电力部门对用电政策的调整，国家逐步推行分时电价等政策，国内民用电能仪表的市场需求正在悄悄地从以感应式电能仪表为主体向以电子式电能仪表为主导转变，具体表现为从普通功能型电能仪表向长寿命、多费率、多功能、高科技型电能仪表过渡。从这一角度考虑，研究该课题也是很有重要的现实意义。
1 基本理论
1.1 电功率的数学基础
众所周知功率是指物体在单位时间内所做的功，即功率是描述做功快慢的物理量。那么说到电功率就要包括电的基础知识，包括电量、电压、电流等方面。
电功率，电流在单位时间内做的功。是用来表示消耗电能的快慢的物理量，用P表示，它的单位是瓦特（Watt），简称瓦，符号是W。
电量，表示物体所带电荷的多少。单位时间内通过截面的电量就是电流。一般来说，电荷的数量叫电量，用符号Q表示，单位是库仑(符号是C)。库仑是一个很大的单位。
电流，单位时间内通过导体横截面的电荷量，叫电流，用符号I表示，单位是安，字母“A”来表示。
电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压在国际单位制中的主单位是伏特（V），简称伏，用符号V表示。电压是推动电荷定向移动形成电流的原因。电流之所以能够在导线中流动，也是因为在电流中有着高电势和低电势之间的差别。
电能，表示电流做多少功的物理量。电能指电以各种形式做功的能力（所以有时也叫电功）。分为直流电能、交流电能，这两种电能均可相互转换。电能的单位是“度”，它的学名叫做“千瓦时”(kW·h)。在物理学中，更常用的能量单位（也就是主单位，有时也叫国际单位）是焦耳，简称焦，符号是J。
电功率的计算是电压和电流的乘积。这称为平均功率或有效功率。
在直流电路中，电功率的表示式为P=UI；
在交流电路中，电功率的表示式为θ
P=。
IE
cos
在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。
1.2 功率的数字测量
用功率转换器与数字电压表相配就可以实现功率的数字测量。功率转换器实质上就是一个电子乘法器，其特点是它的输出电压的大小正比于它的两个输入电压数值的积。因此，如果让一个输入电压正比于负载电压的大小，而另一个输入电压正比于负载电流的大小，则电子乘法器的输出电压，显然正比于负载所消耗的功率。再用数字电压表测量这个乘法器的输出电压就可以确定被测功率。当数字电压表显示值按功率接校准时，也就构成了数字功率表。
1.2.1功率测量方法及技术
(1) 二极管检测功率法：就是用简单的整流电路。二极管检测电路是以平均值为响应的，不是直接测量输入功率的有效值，而是根据有效值与平均值的关系间接测量有效功率。
(2) 等效热功率检测法：把一个未知交流信号的等效热量和一个直流参考电压的有效热量进行比较。当信号电阻与参考电阻的温度差为零时，这两个电阻的功耗是相等的，因此未知信号的有效值就等于直流参考电压的有效值。此技术原理简单但实际应用难以实现且检测设备价格昂贵。
(3) 真有效值/直流（TRMS/DC）转换测量功率：这种办法的最大优点是被测结果与被测信号的波形无关，这就是“真正有效值”的含义。因此，它能准确测量任意波形的真有效值功率。测量真有效值功率的第一种方法就是采用单片真有效值/直流转换器（例如AD736），首先测量出真有效值电压电平，然后取其有效值功率电平。另一种测量真有效值功率的方法是以AD8361型为代表的真有效值检测系统集成电路。此方法的突出优点是可测量的频带非常宽。这种检测方法有以下优点：第一，由于两个平方器完全相同，因此在改变量程时不影响转换精度；第二，当环境温度发生变化时，两个平方器能互相补偿，使输出电压保持稳定；第三，所用平方器的频带非常宽，可从直流一直到微波频段。
(4) 对数放大检测功率法：AD8361集成芯片的分立方案。
1.3 电压的测量
1.3.1直接AD转换
直接使用AD转换的原理可以使用专门的电能芯片，原理大致是由负载的电压和电流传感器产生的可识别电压信号直接经过专用电能计量芯片产生频率与负载功率成正比的脉冲信号，然后用单片机对此脉冲进行计量，从而得到负载功率。
随着电子电表的快速发展，市场上有专用于电能计量芯片，这些电能计量芯片都含有A/D转换，数字相乘和滤波部分，且均有数字-频率转换部分，将计算得到的数字功率信号转化为频率，输出相应频率的脉冲信号。ADE7751可实现单相有功计量，防窃电，脉冲输出；ADE7752是防窃电三相电能计量IC；ADE7753是带串行接口和脉冲输出高精度功能三相电能计量IC；ADE7754 是数字校准多功能三相电能计量IC。ADE7755可实现单相有功计量，脉冲输出；ADE7756带串行接口单相有功计量；ADE7757集成晶振以及马达驱动电路的电能计量芯片；ADE7758含有谐波分量时无功功率的计量ADE7759 高精度全电子式电能仪表的电能计量；ADE7761是数字校准多功能三相电能计量IC。又如，单相计量产品BL6503、单相防窃电计量产品BL6501、三相计量产品BL0952及各项输出指示的三相产品BL0962等。它们之中有些只提供有功功率，有些则还提供无功功率、视在功率、电流和电压有效值等更多电能参数。
1.3.2电压的测量方法
间接测量电压可以使用V/F转换，测量模拟电压用伏频（V/F）转换器，可将相应的电压转化为相应的频率，提高测量的精确度，对应比例为1mV/Hz。使用该测量要分时取电压模拟量，再转换为频率，最后用软件处理，实现功率测量。专用的V/F转换器有
AD650、AD654等。
变频器的V/F 控制是变频器的一种控制方式，就是在基准频率以下，变频器的输出电压和输出频率成正比关系，输出恒转矩的一种控制方式是变频器最基本的控制方式。 1.4 电流的测量 1.4.1电流/电压转换
电流的检测用采样电路对电流进行采样，可以电流转换成电压，电压信号反映于原来的检测电流。也就是说电流检测可通过采样电阻转换为电压值，为确保电流转换为电压的精确，尽可能的使用精密电阻作为采样电阻。 1.4.2低端检流方式
低端检流电路的检流电阻串联到地，低端检流电路比较简单，但有几种故障状态是低端检流电路检测不到的，这会使负载处于危险的情况。 1.4.3高端检流方式
高端检流电路的检流电阻是串联到高电压端，高端检流电路直接连接到电源端，能够检测到后续回路的任何故障并采取相应的保护措施，特别适用于自动控制应用领域，因为在这些应用电路中通常采用机壳作为参考地。 1.4.4基于霍尔效应的电流检测
在一块半导体或导体材料上的Z 方向加以磁场B ，并沿X 方向通以电流I ，那么Y 方向将产生电动势Vh ，通常称为霍尔效应。Vh 称为霍尔电压。也就是说在霍尔元件和处理电路组成就可以实现电流电压的线性转换，当边缘电流Ip 产生磁场时，即可由霍尔元件检测出霍尔电压信号，然后再经过放大器处理，便可输出一个电压信号。该电压信号就可以精确地反映原来的电流大小。
2 设计方案
2.1 方案设计及比较
实现功率表的设计方案主要内容包括采样数据的A/D 转换，数字相乘和数字滤波三部分。因此，电功率表的设计可分为以下几个方案。
方案一：A/D 转换器和单片机
众所周知单片机内部有中央处理器(运算器、控制器和寄存器)和存储器，因此可进行数字相乘和滤波运算，并且有些单片机自带A/D 转换器，可以大大减少设计的难度。只需电压电流采集并输送到单片机内部进行数据处理就可以得出功率设计。其原理框图如图2.1所示。
输入电压 输入电流
图2.1 单片机实现电功率表方案
通过直接采样电压和和通过采样电流直接输送到STC12C5A60S2单片机内部进行
51单片机实现数字相乘,滤波 和A/D 转换系统控制
采集模块 进行采集
电压 电流
A/D 转换为全数字信号，然后用STC12C5A60S2单片机编程实现数字相乘和滤波，从而得到数字化功率信息，并产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。该方案设计简单，成本较低，可实现设计所须的最低要求。
方案二：专用电能计量芯片和单片机
随着电子电表的快速发展，目前市场上出现了很多种专用电能计量芯片众多的电能计量芯片基本原理和基本功能是一样的，都含有A/D 转换，数字相乘和滤波部分，且均有数字-频率转换部分，将计算得到的数字功率信号转化为频率，输出相应频率的脉冲信号.有些只提供有功功率，有些则还提供无功功率，视在功率，电流和电压有效值等更多电能参数。利用这类专用电能计量芯片和STC12C5A60S2单片机配合使用，可以很方便地开发出一些应用系统。图2.2便是这类方案的原理框图。
电压
图2.2 专用电能计量芯片和单片机实现电功率表方案
由图2.2可知，负载的电压和电流传感器产生的可识别电压信号直接经过专用电能计量芯片产生频率与负载功率成正比的脉冲信号，然后用单片机对此脉冲进行计量，从而得到负载功率，并产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。
方案三：MSP430FE42x 系列
微控制器(MCU)-MSP430FE42x 系列是TI 公司生产的用于电子式电能仪表的片上系统，它具有完全可编程的通信功能，完全能满足从事开发诸如测量值自动读取(AMR)、智能卡预付和多费率计费等具有复杂功能的电子式电能仪表制造的需要。它具有高性能的16-位RISC 结构指令的CPU ，可实现实时信号处理和多任务计算处理；其内部集成有SCAN IF 模块，可以检测信号，并实现A/D 转换，最终实现低功率测量。因此，可以对其编程，使它实现从A/D 转换到数字相乘和滤波的全部数字处理过程，从而产生数字化的功率信息， 在此基础上产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。图 2.3是原理框图。
图2.3 用微控制器(MCU)-MSP430FE42x 实现电功率表方案
综合考虑，与其他两个方案相比，方案一的最大的优点就是核心电路由单片机构成，符合课题研究的要求低功耗、低成本制作简易数字直流功率表的设计。本设计最终采用方案一，并选择STC12C5A60S2单片机作为核心芯片，实现系统控制。
专用电能 计量芯片 单片机 实现系统控制
采集模块 采集模块 用微控制器(MCU)-MSP430FE42x 实现A/D 转换,数字相乘和滤波及系统控制
电流电压
电压
3 电功率测量电路
3.1 系统框图
通过方案论证以及比较之后，选择方案一，做出系统方框图。框图主要包括设计要求分为取样部分，单片机部分和辅助部分。系统方框图如图3.1所示。
图3.1系统方框图
3.2 工作原理
通过电源输入利用采样电路分别对电压和电流进行采样，通过取样电阻以及组成的模块将采样电流转换成等效电压值，并将两电压值分别输入到STC 单片机内部，可进行A/D 转换、数字相乘、滤波运算和系统控制，最终将数据在液晶显示屏中显示，通过串行接口可将数据发送至电脑。若要使测量的精度尽量高，可在一段时间内多次采样数据，然后再在程序中处理，求出平均值。 3.3 电压测量电路
电压采集电路由电阻R1，R3分压保护电路,电容C5滤波的作用，采集数据通过VV1送到单片机。电压输入与VV1的比值等于R1+R3/R1=6：1，R1,R3取值主要考虑的是单片机STC12C5A08S2的参考电压5V 。设计所要求的电压是0到25V ，以最大值所计算小于5V ，满足要求。R1,R3如果取太小不能起到保护电路的作用，如果取太大电信号过不去，单片机采集不到信号。所以说R1的值不能太小也不能太大，但是R1和R3的比值要适当选好。电压测量电路如图3.2所示。
电 源
电压 变换 电压取 样 电流 检测
显示 单片机 接口 输出
TO AD
图3.2 电压测量电路
3.4 电流测量电路
电流采集模块：R18 是10u欧的采样电阻，整个模块是高端检流。R17是起到一个限流的作用，主要是防止电压输入的突变，R16是一个负载电阻，起到阻抗匹配的作用。R17阻值太大的话，当输入电压太小了，就没有足够的驱动能力去驱动芯片，阻值太小就有可能电压过大烧坏芯片。R16阻值在选得太大的情况，由于P=I2×R.功率太大了，发热量太大了，可能会导致芯片烧掉的，如果阻值选取过太，电流转换成的电压量太小了，不利于对电流信号的采集不利于信号的采样测量。R18两边的电压经过一定的放大从VI1输送到单片机采样。R16×Vin=R17×VI1.电流测量电路原理图如图3.3所示。
TO AD
图3.3电流测量电路
LT6106，高端电流检测放大器，该器件可以从高达36V的共模电压中分辨小的差分信号。输入失调电压仅25V（最大值），满标度差分输入为500mv，具有2000:1的动态范围。用两个外部电阻器设置放大器增益，提供增益准确度和漂移、功耗、响应时间以
及输入/输出阻抗控制。
LT6106特性特点：
增益可用两个电阻配置
低失调电压：最大值为250V
输出电流：保持为1mA
电源电压范围：2.7至36V，绝对最大值为44V
低输入配置电流：最大值为40nA
PSRR:最低106dB
低电源电流：65A,VS=12V
工作温度范围为-40℃至125℃
3.5 电源系统电路
电源系统电路包括由LM317组成的单片机稳压供电系统和BAT2组成的采用锂电池供电给予时钟芯片。在LM317组成的单片机稳压供电系统中，C7电容用于滤波，R21以及R19组成用于调节系统所需要得稳定电压。LM317是可调节3端正电压稳压器。LM317在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，电源系统电路如图3.4所示。
图3.4 电源系统电路
稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo＝1.25（1＋R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。首先317稳压芯片的输出电压变化范围是Vo＝1.25V—37V（高输出电压的317稳压芯片如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo＝1.25V —45V），所以R2/R1的比值范围只能是0—28.6。其次是317稳压芯片都有一个最小稳定工作电流最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。
当317稳压芯片的输出电流小于其最小稳定工作电流时，317稳压芯片就不能正常
工作。当317稳压芯片的输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压芯片就可以输出稳定的直流电压。如果用317稳压芯片制作稳压电源时，没有注意317稳压芯片的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。LM317几种封装的管脚图如图3.5所示。
图3.5 LM317封装管脚图
3.6 单片机及显示电路
单片机及显示电路包括一个单片机STC12C5A08S2和一个LCD5110。在众多的51系列单片机中，要算国内STC 公司的1T增强系列更具有竞争力，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的具有大容量程序存储器且是FLASH工艺的，如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASH ROM,这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。重要的一点STC12C5A60S2目前的售价与传统51差不多，市场供应也很充足。是一款高性价比的单片机STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。综上所述，单片机就选择了STC12C5A60S2。原理图如图3.6所示。
图3.6单片机及显示电路原理图
STC12C5A60S2芯片具有1个时钟/机器周期，高速、高可靠，2路PWM，8路10位高速A/D转换，25万次/秒1T 8051带总线,无法解密,管脚直接兼容传统89C52,有全球唯一ID号可省复位电路,36-44个I/O内部R/C时钟的新一代芯片加密性强，解密难度高。
在本次设计中用此单片机主要考虑到的是其运行速度的特点：
●高速，1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍
●宽电压：5.5～3.3V，2.2～3.6V
●工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz
●ISP / IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器
STC12C5A60AD带A/D转换的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0），有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHZ。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不许作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。
使用LCD5110主要的目的是低功耗，能满足显示电压、电流、功率、累计电能等信
息的基本要求。
3.7 时钟发生电路
时钟发生电路主要用于设计所要求的自带时钟，能够记录每分的实时电能值。DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。原理图如图3.7所示。
图3.7 时钟发生电路原理图
DS1302内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM ，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES 复位；（2）I/O 数据线；（3）SCLK 串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW 。
DS1302主要性能特点：实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力；31×8位暂存数据存储RAM ；工作电压2.0-5.5V ；工作电流2.0V 时，小于300nA ；读/写时钟或RAM 数据有两种传送方式：单字节传送和多字节传送字符组方式；8脚DIP 封装或可选的8脚SOIC 封装（根据表面装配）；采用简单三线接口；与TTL 兼容（Vcc=5V ）；可选工业级温度范围-40℃～+85℃。
4 软件系统
4.1 单片机软件
单片机软件系统包括程序初始化模块、系统控制及显示处理模块和电量处理模块等部分组成，各部分有其特殊的任务，在电能仪表系统中完成他们相应的功能。具体软件程序为AD 转换及软件滤波程序、功率计算程序、数据存储程序、显示及按键响应程序、钟读取及校正程序、通信子程序。
各种程序在系统中有不一样的作用，AD 转换及软件滤波程序主要对系统进行AD 采集和滤波，功率计算程序主要是完成电流和电压的乘积运算，数据存储程序主要是对所采集的数据进行存储，以方便对数据的传输和处理，显示及按键响应程序主要是对系统进行控制，如：单片机复位等，通信子程序主要完成数据的传输。可见各部分软件只
VCC 21X12X23GND 4R ST
5I/O 6SC LK 7VCC 18
U11DS1302C R1
32.768K
VCC
C 21
104GND
GND C 22
B AT2
GND
SC LK DATA R ST
有协同工作，整个系统才能正常运转。
4.1.1软件流程
开始
液晶初始化
串口初始化
DS1302初始化
延时等待
NO
是否有按键
NO
按键识别
调节相应程序
图4.1 程序流程图
4.1.2AD转换软件滤波程序
AD转换程序主要包括AD采集返回函数和AD初始化。AD转换程序如下：#ifndef __AD_H
#define __AD_H
/*Define ADC operation const for ADC_CONTR*/
#define ADC_POWER 0x80 //ADC power control bit
#define ADC_FLAG 0x10 //ADC complete flag
#define ADC_START 0x08 //ADC start control bit
#define ADC_SPEEDLL 0x00 //420 clocks
#define ADC_SPEEDL 0x20 //280 clocks
#define ADC_SPEEDH 0x40 //140 clocks
#define ADC_SPEEDHH 0x60 //70 clocks
void Delay_ad(uchar n)
{
uchar x；
while (n--)
{
x = 250；
while (x--)；
}
}
/*----------------------------
Get ADC result
----------------------------*/
uchar GetADCResult(uchar ch)//AD采集的返回函数，
{
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL | ch | ADC_START；
// AUXR1=0X00；
_nop_()；//经过4个时钟延时后，才能够正确读到ADC_CONTER的值_nop_()；
_nop_()；
_nop_()；
while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG))；//Wait complete flag
ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG；//Close ADC
return ADC_RES；//Return ADC result
}
void InitADC()//AD的初始化
{
P1ASF = 0x03；//Open 8 channels ADC function
// AUXR1=0；
ADC_RES = 0；//Clear previous result
ADC_CONTR = ADC_POWER | ADC_SPEEDLL；
Delay_ad(2)；//ADC power-on and delay
}
#endif
ADC_START:模数转换器（ADC）转换启动控制位，设置为"1"时，开始转换，转换结束为0。
ADC_FLAG；模数转换器转换结束标志位，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，要由软件清零。不管是A/D转换后由该位置申请产生中断，还是由软件查询该标志位A/D转换是否结束，A/D转换后，ADC_FLAG=1，一定要清零。
ADC-CONTER:ADC控制寄存器。ADC_POWER:ADC电源控制位。0：关闭A/D 转换器电源；1：打开A/D转换器电源。
SPEDD1，SPEED0：模数转换器转换速度控制位。
AUXR1寄存器的ADRJ位是A/D转换结果寄存器（ADC_RES，ADC_RESL）的数据格式调整控制位。
当ADRJ=0时，10位的A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL的低2位中。
由于电压的不稳定，可能会出现忽高忽低，所以需要软件滤波，主要内容是在某个时间段的平均功率。滤波程序如下：
uint filter(uchar temp，uchar tmp) //1为电压，0为电流，2为功率
{
uchar cout；
if(tmp==1)
{
for(cout=0；cout { sum+= RES_datav； nop()；nop()；nop()； } } if(tmp==0) { for(cout=0；cout { sum+= RES_datai； nop()；nop()；nop()； } } if(tmp==2) { for(cout=0；cout { sum+= power； nop()；nop()；nop()； } } return (sum/temp) ； } 4.1.3功率计算程序 此段程序主要包含功率计算，累计功率计算，功率准确度软件校正。功率计算程序如下： void timer0(void) interrupt 1 { TH0=0xdc；//10ms TL0=0x32； count1++； if(count1==10) { count2++； count1=0； if(count2==time) { count2=0； RESH80=GetADCResult(0)； RESL20=ADC_RESL； RES_datai=RESH80<<2|RESL20；//0--1024 if(RES_datai>30&&RES_datai<80) RES_datai=RES_datai/2.1； if(RES_datai>80&&RES_datai<120) RES_datai=RES_datai/2.23； if(RES_datai>120) RES_datai=RES_datai/2.35； else RES_datai=RES_datai/1.5； RESH81=GetADCResult(1)； 单片机数字万用表的设计 一、引言 数字万用表是一种多用途电子测量仪器。它采用数字化测量技术，把实际测量的模拟量，转化为离散的数字量进行输出显示，主要用于物理、电气、电子等测量领域，一般包含电流表（安培计）、电压表（伏特计）、电阻表（欧姆计）等功能，也称为万用计、多用计、多用电表或万用电表。 万用表是电子和电气技术领域必备的测量仪器，用于测量电子电路中的各种物理量（电压、电流、电阻等），常作为基本故障诊断的便携式装置，也有放置在工厂或实验室工作台上作为桌上型装置。有的万用电表分辨率能达到七、八位数，常用在实验室，作为电压或电阻的基准，或用来调校多功能标准器的性能。相比传统的指针式万用表，数字万用表具有以下的主要优点： （1）数字显示直观准确，无视觉误差，读数准确； （2）测量精度和分辨率都很高； （3）输入阻抗高，减少对被测电路的工作影响； （4）电路集成度高，便于组装和维修； （5）测量功能齐全，测量速率快； （6）保护功能齐全，有过压、过流保护电路； （7）功耗低，抗干扰能力强； （8）便于携带，使用方便。 本次设计的任务是制作一个数字万用表，可实现如下的功能及要求： （1）可以测量直流电压、直流电流和电阻； （2）能将测量得到的数值直观、准确地显示出来，并标明相应的单位； （3）具有超量程时的报警提示。 二、系统硬件分析与设计 数字万用表的基本功能是，能够测量直流电压、电流以及电阻的阻值，数字万用表的基本组成由图1所示，其中，模数转换是数字万用表的核心： 图1.数字万用表的基本原理图 如图2所示，本设计将由以下几大部分组成。包括：复位电路、震荡电路、A/D转换和控制、测量值输出、超量程报警和档位选择。 其中，复位电路用于单片机上电复位使系统清零；震荡电路为单片机提供精确的时钟频率，使电路工作更加稳定；A/D转换和控制部分负责模数转换及输入输出信号的控制；测量值输出则负责显示待测物理量大小的数值；超量程报警用于超出量程范围时的报警提示，提醒使用者更换量程。 图2.硬件系统总体设计框图 1、STC的89C52单片机的特点及功能介绍 （1）89C52单片机的主要特点及功能特性 89C52是一款低电压，高性能的8位CMOS型单片机，片内有8k字节以Flash 闪存为介质的，能擦写的只读程序存储器及256字节的随机存取数据存储器。89C52型单片机仍属于51单片机家族群，都支持一个共同的指令集（MSC-51）， 数字电子技术基础课程设计DT-830B数字万用表报告 三亚学院 2011～2012学年第2学期 数字电子技术基础课程设计报告 学院: 理工学院 专业: 测控技术与仪器 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 2012年9月7日 目录 一、设计任务与要求……………………………………… 二、电路原理……………………………………………… 三、总原理图及元器件清单……………………………… 四、装配过程……………………………………………… 五、电路功能测试………………………………………… 六、结论与心得…………………………………………… DT-830B数字万用表的组装与调试 一、设计任务与要求 1、设计要求： 学习了解DT830B数字万用表，熟悉它的工作原理。然后安装并调试数字万用表。通过对DT830B数字万用表的安装与调试实训，了 解数字万用表的特点，熟悉装配数字万用表的基本工艺过程、掌握基本 的装配技艺、学习整机的装配工艺、培养自身的动手能力以及培养严谨 的学习工作作风。 DT830B由机壳熟料件（包括上下盖和旋钮）、印制板部件（包括插口）、液晶屏及表笔等组成，组装成功关键是装配印制板部件。因为 一旦被划伤或有污迹，将对整机的性能产生很大的影响。整机安装的流 程图如下所示： 3)认识DT830B数字万用表的液晶显示器件、印制板部件等。 4)安装制作一台DT830B数字万用表。 5）根据技术指标测试DT830B数字万用表的主要参数 6)校验数字式万用表，减小其误差。 二、电路原理 DT830B电路原理它是3位半数字万用表。 数字万用表的核心是以ICL7106A/D转化器为核心的数字万用表。A/D转化器将0~2V范围的模拟电压变成三位半的BCD码数字显示出来。将被测直流电压、交流电压、直流电流及电阻的物理量变成0~2V的直流电压，送到ICL7106的输入端，即可在数字表上进行检测。 为检测大于2V的直流电压，在输入端引入衰减器，将信号变为0~2V，检测显示时再放大同样的倍数。 检测直流电流，首先必须将被测电流变成0~2V的直流电压即实现衰减与I/V 变换。衰减是有精密电阻构成的具有不同分流系数的分流器完成。 电阻的检测是利用电流源在电阻上产生压降。因为被测电阻上通过的电流是恒定的，所以在被测电阻上产生的压降与其阻值成正比，然后将得到的电压信号送到A/D转换器进行检测。 三、总原理图及元器件清单 引言 数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛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。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本论文重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。 1 实训要求 （1）基本要求： ①实现8路直流电压检测 ②测量电压范围0-5V ③显示指定电压通道和电压值 ④用按键切换显示通道 （2）发挥要求 ①测量电压范围为0-25V ②循环显示8路电压 2 实训目的 （1）进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理； （2）掌握单片机的借口技术及，ADC0809芯片的特性，控制方法； （3）通过这次实训设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术；（4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。 3 实训意义 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。 4 总体实训方案 测量一个0——5V的直流电压，通过输入电路把信号送给AD0809，转换为数字信号再送至89s52单片机，通过其P1口经数码管显示出测量值。 4.1 结构框图 如图1—1所示 图1—1 题目：基于单片机的数字万用表设计 院系: 机电工程系 专业: 机电一体化 学号: 姓名: 指导教师: 完成日期: 摘要 本次设计用单片机芯片AT89s52设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、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，本电路使用了AD0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 关键词数字万用表AT89S52单片机AD转换与控制 )目录 目录 摘要 (ii) Abstract ............................................... 错误!未定义书签。绪论 .. (4) 1. 数字万用表设计背景 (6) 1.1数字万用表的设计目的和意义 (6) 1.2 数字万用表的设计依据 (6) 1.3数字万用表设计重点解决的问题 (6) 2 数字万用表总体设计方案 (6) 2.1数字万用表的基本原理 (6) 2.2 数字万用表的硬件系统设计总体框架图 (12) 2.3硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (13) 2.3.1 设计方案 (13) 2.3.2 芯片选择及功能简介 (14) 2.4数字万用表的硬件设计 (24) 2.4.1分模块详述系统各部分的实现方法 (24) 2.4.2 数字万用表控制硬件整体结构图 (29) 2.4.3 电路的工作过程描述 (29) 3. 系统软件与流程图 (30) 3.1 电路功能模块 (30) 3.2系统总流程图 (30) 3.3物理量采集处理流程 (32) 3.4电压测量过程流程图 (32) 3.5电流的测量过程流程图 (34) 3.6电阻的测量过程流程图 (35) 3.7电容测量过程流程图 (36) 结论 (37) 致谢 (38) 参考文献 (39) 智能数字万用表 郭盛，谢鹏程，王飘，张玙姣 摘要：本设计能够精准的测量直流电压、交流电压和电阻。电阻测量是采用xxxxxx；交流测量是用AD637真有效值转换芯片将交流信号转换成直流电压后测量，可以实现10MΩ的输入阻抗和高安全性。电路中关键器件采用精密运算放大器OPA07；ADC采用ICL7135芯片；控制器选用89C52单片机，实现了低功耗，量程自动切换功能。另外，通过利用继电器，实现了测量档位转换的便捷和可靠性。系统采用键盘输入，液晶显示输出，人机交互灵活，界面友好，操作简单。该作品的性能指标达到了题目的设计要求。 关键字：数字万用表、ICL7135、89C52单片机 一、系统方案 1.题目任务要求及相关指标要求分析 系统主要分为：直流电压、交流电压和电阻测量三部分。直流电压和交流电压制作的指标都不高，实现起来比较容易。 系统最主要的问题是电阻测量。XXXXXXXXXXX 2.方案论证与比较 （1）交流有效值测量方案 方案一：模拟运算法。根据有效值的数学定义，用集成器件乘法器、开放器等依次对被测信号进行平方、平均、开方等计算直接得到交流信号输出有效值。这种方案的测量动态范围小，精度不高且当输入信号的幅度变小时，平均器输出电压的平均值下降很快，输出幅度很小。 方案二：交流整形电路。采用AD637集成真有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，再对直流电压信号进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小，工作稳定可靠，故采用此种方案。 （2）电阻测量部分 方案一：电阻比例法。基于双积分式A/D转换，采用比例法构成的电阻-数字的转换。比例法测量原理图如图1所示。 此方案由于在电阻Rx、Rs中流过相同的电流，因此不需要精密的基准电流源，但需要计数器和基准时钟发生器且电路复杂。 方案二：恒流源法。XXXXXXXXXXX 目录 摘要........................................................................ I 1 绪论. (1) 1.1数字电压表介绍 (1) 1.2仿真软件介绍 (1) 1.3 本次设计要求 (2) 2 单片机和AD相关知识 (3) 2.1 51单片机相关知识 (3) 2.2 AD转换器相关知识 (4) 3 数字电压表系统设计 (5) 3.1系统设计框图 (5) 3.2 单片机电路 (5) 3.3 ADC采样电路 (6) 3.4显示电路 (6) 3.5供电电路和参考电压 (7) 3.6 数字电压表系统电路原理图 (7) 4 软件设计 (8) 4.1 系统总流程图 (8) 4.2 程序代码 (8) 5 数字电压表电路仿真 (15) 5.1 仿真总图 (15) 5.2 仿真结果显示 (15) 6 系统优缺点分析 (16) 7 心得体会 (17) 参考文献 (18) 1 绪论 1.1数字电压表介绍 数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。 本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。 1.2仿真软件介绍 Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是: (1)现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 (2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、 A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 (3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。 (4)具有强大的原理图绘制功能。 可以仿真51系列、A VR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的 电流表电压表功率表及电阻表检定规程 1适用范围 本规程适用于新制造、使用中及修理后的直接作用模拟指示直流和交流（频率 40Hz～10kHz） 电流表、电压表、功率表和电阻表（电阻1Ω～1MΩ）以及测量电流、电压及电阻的万用表（以下均 简称仪表）的检定。 本规程不适用于自动记录式仪表、数字式仪表、电子式仪表、平均值和峰值电压表、低功率因素 表、泄漏电流表及电压高于600V的静电电压表的检定。 2引用标准 中华人民共和国国家计量检定规程JJG124---2005 3计量性能要求 3.1准确度等级 仪表的准确度等级及最大允许误差(即引用误差)应符合表1规定。 表1 准确度等级及最大允许误差 3.2 3.2.1仪表的基本误差在标度尺测量范围（有效范围）内所有分度线上不应超过表1中规定的最大 允许误差。 仪表的基本误差以引用误差表示,按(1)式计算。 式中：X——仪表的指示值； Xo——被测量的实际值； X N——引用值（各类仪表的引用值由附录1给出）。 3.2.2升降变差 仪表的升降变差不应超过最大允许误差的绝对值。按(2)式计算。 式中:X01和X02分别为某点被测量的上升和下降的实际值，X N的含义与公式（1）中的相同。 3.3偏离零位 对在标度尺上有零分度线的仪表，应进行断电回零试验。 3.3.1在仪表测量范围上限通电30s，迅速减小被测量至零，断电15s内，用标度尺长度的百分数表 示，指示器偏离零位分度线不应超过最大允许误差的50%。 3.3.2对功率表还要进行只有电压线路通电，指示器偏离零分度线的试验，其改变量不应超过最大 允许误差的100%。 3.3.3 对电阻表偏离零位没有要求。 3.4 位置影响 第一章设计总阐述 1.1方案阐述 本设计是由5个模块组成：直流电源部分、A/D 转换电路、码制转换电路、秒定时电路、报警显示电路模块。 直流电源部分采用5V电源。 A/D 转换电路采用八路（八位八通道A/D 转换器），将8路信号输入选择八位二进制码输出，进行码制转换。从而再用译码器和数码显示管完成数字显示。 秒定时电路采用555时基电路构成单稳态触发器。 报警电路采用多个三极管，555多谐振荡器和发光二极管组成。 1.2产品概述： 用途：适用于通信电缆施工、维修及设备安装过程中，对线排序及寻找特定线对的操作。 性能：具有高性能、低功耗、小体积、重量轻和音量可调，它将为你的对线操作带来方便、轻松和高效率。 特点：该装置查线速度快、现实直观、可以单人校线，还可以复校、结构简单、成本低廉、不易发生故障、工作可靠。 第二章 模块化设计 设计原理： 如图所示，给定各芯线与其相连电阻下标相同的号码1、2、3、…X ，…m （1～m ）。Vs 在Rx 上形成分压 Vx=（Rx/Ro+Rx ）*Vs 并可在近端测量得到。由于Vx 必定已知，从而可测定当前被测芯线的号码是第几。但Vx 不必读出，可以将其进行A/D 转换，译码，数字显示后直接读出数字1～m 中的一个，就是该芯线的预设号码。 为了A/D 便于转换，R1～Rm 的取值原则应满足如下条件： （Rx+1/Ro+Rx+1-Rx/Ro+Rx ）*Vs=△Vs 式中：Vs 是常量即电源电压值。 △ Vs 是转换器的参考电压和转换阶梯；Vx 是第x 级取样电压下限值。 2.1 A/D 转换部分 1）它具有八路模拟信号输入选择，八位二进制码输出的一个逐次比较A/D 转换器。输入端受地址译码器输出的控制。本设计选择模拟通道1N0输入，则地址预置在ADDC 、ADDB 、ADDA=000。当地址锁存允许ALE=1时，输入1N0的模拟信号送入A/D 转换器。 2）ADC0809 1.主要特性 1）8路8位A ／D 转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100μs 4）单个＋5V 电源供电 表3-5 民用建筑照明负荷需要系数 建筑物名称需要系数(Kd) 备注 单身宿舍楼~ 一开间内I一2盏灯，2一3个插座 一般办公楼~一开间内2盏灯，2一3个插座 高级办公楼~ 科研楼一开间内2盏灯，2一3个插座 发展与交流中心~ 教学楼三开间内6-11灯，1一2个插座 图书馆~ 毛儿所、幼儿园 小型商业·务业用房 综合商业、服务楼 食堂、餐厅 高级餐厅~ 一般旅馆、招待所~ 一开间I盏灯，2一3个插座，集中卫生间高级旅馆、·招待所带卫生间 旅游宾馆单间客房4一5盏灯，4一6个插座 电影院、文化馆~ 剧场~ 礼堂~ 体育练习馆~ 体育馆 展览厅 门诊楼~ 一般病房楼 高级病房楼 锅炉房 负荷分级及其供电要求 表3-1 民用建筑常用重要电力负荷分级. 序号建筑物名称用电负荷名称 负荷等级 备注 二一特别重要 级级负荷 1高层普通住宅、高层宿 舍 客梯、生活泵、主要通道照明√ 2部、省级办公楼、全空 调涉外办公楼，超高层 公楼、综合楼)，使馆 和大使馆官邸。 主要办公室、会议室，总值班室、档案室及主要 通道的照明、客梯 √（√) (√)如设有 应急电源设 备，可根据 需要处理 机要室、电报房、电子计算机系统的电源√ 3国宾馆、大会堂、国际 会议中心 地方厅、总值班室及主要通道照明、厨房√ 主会场、接见厅、宴会厅、电梯。电声、录像、 电子计算机系统的电源 √ 4四、五星饭店地下污水泵电源. √经营管理及备管理用电子计算机系统电源; 宴会 厅。电声、·新闻摄影、录像电源、宴会厅、餐 厅·娱乐厅、高级客房、康乐设施、厨房及主要通 道的照明。水泵、厨房的部分电力及其余客梯 √ 中国石油大学胜利学院电子技术课程设计总结报告 题目：数字万用表的组装与调试 学生姓名： 系别： 专业年级： 学号： 指导教师： 2015年1月3日 一、设计任务与要求 1、任务：学习了解DT830T数字万用表，熟悉它的工作原理。然后安装并调试数字万用表。通过对DT830T数字万用表的安装与调试实训，了解数字万用表的特点，熟悉装配数字万用表的基本工艺过程、掌握基本的装配技艺、学习整机的装配工艺、培养自身的动手能力以及培养严谨的学习工作作风。DT830B 由机壳熟料件（包括上下盖和旋钮）、印制板部件（包括插口）、液晶屏及表笔等组成，组装成功关键是装配印制板部件。因为一旦被划伤或有污迹，将对整机的性能产生很大的影响。整机安装的流程图如下所示 2要求： 1) 了解数字万用表特点以及它的发展趋势。 2) 熟悉万用表装配技术的基本工艺过程。 3) 认识DT830T数字万用表的液晶显示器件、印制板部件等。 4) 安装制作一台DT830T数字万用表。 5）根据技术指标测试DT830T数字万用表的主要参数 6) 校验数字式万用表，减小其误差。 二、系统框架原理与设计 DT830T电路原理它是3位半数字万用表。其特点：分辨力强、准确度高（±0.5%～±1.5%）、测试功能完善、测量速率快、显示直观、耗电省、过载能力强、便于携带。发展趋势：自动量程，显示图形“数字/模拟条图”双显示数字万用表克服了不能反映被测量连续度化的不足。总体电路原理相关说明数字万用表由以下几部分功+能组成，复原电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、ADC使能控制。复位电路用来清零进行下一次的测量；震荡电路用来消除一些外来干扰，使电路工作更加稳定；ADC输入则是将输入量进行AD转换；测量显示就是显示测量的数值。 数字万用表的核心是以ICL7106A/D转化器为核心的数字万用表。A/D转化器将0~2V范围的模拟电压变成三位半的BCD码数字显示出来。将被测直流电 一、简易数字电压表的设计 l ．功能要求 简易数字电压表可以测量0～5V 的8路输入电压值，并在四位LED 数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019 V ，测量误差约为土0.02V 。 2．方案论证 按系统功能实现要求，决定控制系统采用A T89C52单片机，A ／D 转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A ／D 转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1-1。 3．系统硬件电路的设 计 简易数字电压测量电 路由A ／D 转换、数据处 理及显示控制等组成，电 路原理图如图1-2所示。A ／D 转换由集成电路0809完 成。0809具有8路模拟输人 端口，地址线(23～25脚)可决定对哪一路模拟输入作A ／D 转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存，6脚为测试控制，当输入一个2us 宽高电平脉冲时，就开始A ／D 转换，7脚为A ／D 转换结束标志，当A ／D 转换结束时，7脚输出高电平，9脚为A ／D 转换数据输出允许控制，当OE 脚为高电平时，A ／D 转换数据从该端口输出，10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1 MHz 时钟。单片机的P1、P3.0～P3.3端口作为四位LED 数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示／循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A ／D 转换数据读入用，P2端口用作0809的A ／D 转换控制。 4．系统程序的设计 （1）初始化程序 系统上电时，初始化程序将70H ～77H 内存单元清0，P2口置0。 （2）主程序 在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将 图1-1 数字电压表系统设计方案 2013年江西省大学生电子设计简易数字万用表 （C 题） 2013年5月28日 目录 摘要 0 一．设计任务 (1) 二．系统方案 (2) 三．理论分析与计算 (3) 3.1器件的选择与比较 (3) 3.2 测量电路的设计和分析 (3) 3.2.1 模数(A/D)转换与数字显示电路 (3) 3.2.2 多量程数字电压表原理 (3) 3.2.3 多量程数字电流表原理 (4) 3.2.4 电阻的测量原理 (5) 3.2.5 电容测量原理 (6) 四．电路设计与程序设计 (7) 4.1 直流电压测量电路 (7) 4.2 直流电流测量电路 (7) 4.3 电阻测量电路 (8) 4.4 测电容电路 (8) 4.5 最小系统电路 (9) 五．测试方案 (10) 5.1 硬件调试 (10) 1.测试仪器 (10) 2.测试方法 (10) 5.2 软件调试 (10) 5.3 硬件软件联合调试 (10) 模块程序设计法的主要优点是： (10) 5.4测试流程 (11) 5.4.1 整体测试流程 (11) 5.4.2电压测试流程 (11) 5.4.3 电阻测量流程 (11) 5.4.4 电流测试流程 (12) 参考文献 (13) 摘要 本次设计用单片机芯片STC12C5A60S2设计一个数字万用表，能够测量直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容和电感，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、555振荡电路、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，使系统整体硬件更简单，本电路使用了STC12C5A60S2自带的AD，它单片机系统设计采用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ 震荡电路，显示用四位数码管。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 关键字：数字万用表；单片机；AD转换 湖北经济学院 电子设计大赛设计报告 课题名称：数字智能万用表 指导教师：汪成义王金庭刘光然学生姓名：汪凡夏晶晶张薇 学生院系：电子工程系 时间： 2011年7月 智能数字万用表 一 设计目的 1、培养综合性电子线路的设计能力。 2、掌握综合性电子线路的安装和调试方法。 3、学会基于M3进行软件设计。 二 任务及要求 1、任务 设计并制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的智能数字万用表。示意图如图1所示。 图1 智能数字万用表示意图 2、要求 1、基本要求 （1）2 1 3数码显示，最大读数1999。 （2）直流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为±0.2%±1个字；输入阻抗≥10M Ω。 （3）交流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为±0.5%±2个字（以50 Hz 为 基准）；输入阻抗≥10M Ω；频率响应范围为40~1000Hz 。 （4）电阻量程： 2Ω、200Ω、2M Ω，精度±0.2%±2个字。 2、发挥部分 （1）直流电压测量具有自动量程转换功能。 （2）具有“自动关机”功能，即在测量过程中，若1分钟内无任何键按下，仪器会自动关闭显示并处于低功耗状态；再按任意键，仪器能返回“自动关机”前的工作状态。 （3）具有相对误差（△%）测量功能，即在进行某项测量时，首先通过示屏提示用户从键盘输入标称值，一旦输入确认后，仪器能显示相对误差中的△值。 （4）其它。 三 总体设计方案 1、系统模块图 根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图2所示的模块： 图2系统模块框 被 测 量 输 入 电测阻 测直流 测交流 交测直流转换电路 电阻测量电路 量 程 自 动 转 换 电 路 A /D 转换电路 单 片 机 系 统 键盘与显示 摘要 LabVIEw 8．5版本的工程技术比以往任何一个版本都丰富．它采用了中文界面，各个控件的功能一目了然。利用它全新的用户界面对象和功能，能开发出专业化、可完全自定义的前面板。LabVIEw 8．5对数学、信号处理和分析也进行了重大的补充和完善，信号处理分析和数学具有更为全面和强大的库，其中包括500多个函数。所以在LabVIEw 8．5版本下能够更方便地实现虚拟电压表的设计。 虚拟电压表是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它由控制模块、仪器模块和软件组成，由软件编程来实现仪器的功能。在虚拟仪器中，计算机显示器是惟一的交互界面，物理的开关、按键、旋钮以及数码管等显示器件均由与实物外观相似的图形控件来代替，操作人员只要通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关、按键等设置各种参数，就能根据自己的需要定义仪器的功能。在虚拟电压表的设计中，考虑到仪器主要用于教学和实验，使用对象是学生，因此将引言中提到的三种检波方式的仪器合为一体，既简化了面板操作，又便于直接对比。 该电压表主要用于电路分析和模拟电子技术等实验课的教学和测量仪器，能够使学习者了解和掌握电压的测量和电压表对各种波形的不同响应。因此，虚拟电压表应具备电源开关控制、波形选择，以及显示峰值、有效值和平均值三种结果，且输入信号的大小可调节等功能。虚拟电压表由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通信，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作相对应的各种控件。在此，用软件虚拟了一个信号发生器。该信号发生器可产生正弦波、方波和三角波，还可以输入公式，产生任意波形。根据需要，可调节面板上的控件来改变信号的频率和幅度等可调参数，然后检测电压表的运行情况。因此，在LabVIEW图形语言环境下设计的虚拟电压表主要分为两个部分：第一部分是虚拟电压表前面板的设计；第二部分是虚拟电压表流程图的设汁。 数字功率计 一、概述 数字功率计是数字化的虚拟仪器，其功率单元采用先进的前端数字化技术，将被测对象在测量前端转换为数字信号进行传输，然后通过数字信号传输至信号处理端，在虚拟仪器上进行数据分析，数值显示等操作。 数字功率计采用光纤作为通讯的传输介质，完全避免了传输干扰以及传输线路产生的信号衰减，是功率测量领域的新方向。 二、特点 数字功率计主要用来测定电压、电流、频率、有功功率、功率因数、谐波、实时波形等电参量。 按照被测回路的相数，可以分为单相数字功率计、三相数字功率计、六相数字功率计以及多相数字功率计； 数字功率计通常采用表贴技术，体积小、性能稳定，有丰富的接口功能及测量功能，测量功能更全面，如谐波、PWM波、空载损耗等，能满足实验室工频产品检测要求。 数字功率计按测试电压相线可分为单相功率计和三相功率计。单相功率计广泛应用于电视机、变压器等的测量，三相功率计适用于电动机等三相仪器的参数测量。 数字功率计又可分为交流功率计、直流功率计或交直流功率计，可根据实际应用需要选择对应的型号。 交流数字功率计通常适用于工频或某特定频率范围内的电参量的测量，用于电能测量的数字电能表，就是一种数字功率计。 数字功率计按照测试精度又可分为一般功率计和高精度功率计。市场上常规的功率计精度一般为0.5级，即误差为千分之五；高精度方面可高达万分之五。 三、DP800数字功率计 DP800数字功率计是一款低成本、高精度、适合5~400Hz三相正弦交流电有功功率测量的数字化虚拟仪器。 DP800数字功率计包括功率单元、传输光纤、OPC232光纤转换器、安装数字功率计软件的上位机等构成。 DP800数字功率计的功率单元包含三个电压通道和三个电流通道，可采用二瓦计法或三瓦计法测量三相电压有效值、电流有效值、频率及有功功率。功率单元以高速串行光纤通讯的方式输出数字信号，可实现长达1000m的远距离无干扰、无衰减信号传输。光纤信号经OPC232光纤转换器转换为RS232接口与上位机建立通讯，由上位机数字功率计软件实现三相电压、三相电流、三相功率、频率等17个参数的实时显示。 四、DP800功率计特点 1、前端数字化产品，功率单元可就近安装在传感器或一次回路附近，缩短模拟线路传输距离，输出采用光纤传输，避免了传输环节的损耗与干扰，适合复杂电磁环境下的高精度测量； 2、功率单元与虚拟仪器主机之间采用光纤传输，最远传输距离可达1000m，特别适用于测试现场与主控室距离较远的场合。 实验报告评分: 94 11 系07 级姓名高辰阳日期2008.9.23 No. PB07009001 (实验预习报告——包括实验目的和原理——及原始数据，见纸质材料) 实验题目：数字万用表设计性实验 实验器材：DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪，数字万用表 实验步骤：1、设计制作多量程直流数字电压表 （1）组装直流数字电压表：使用电路单元：三位半数字表头，直流电压校准，直流电压电流，分压器1。参考电压VREF输入端接直流电压校准电位器。 （2）校准电压表头：用一只成品数字万用表（称为标准表）置于直流电压20V量程进行监测，调节直流电压电流单元电路中电位器，使之输出一150--200mV左右的校准电压，然后将标准表表笔（输入）与组装表表笔并联，均置于直流电压200mV挡，测量直流电压电流单元输出电压，调整“直流电压校准”旋钮使表头读数与标准表读数一致（允许误差±0.5mV）。 (3)绘制组装表的电压校准曲线：调节直流电压电流单元电路中电位器，使之分别输出 20mV、40mV、60mV、80mV、100mV、120mV、140mV、160mV、180mV的直流电压。 将标准数字万用表表笔与组装表表笔（输入）并联，标准表、组装表均置于直流电压200mV 挡，同时测量直流电压电流单元输出电压，列表记录之。并绘出组装表的电压校准曲线 2.设计制作多量程交流数字电压表 （1）组装多量程交流数字电压表： 使用电路单元：三位半数字表头，直流电压校准交流电压校准（AC-DC变换器），分压器1，量程转换与测量输入。在上述200mV直流数字电压表头的基础上，增加交流-直流（AC-DC）变换器，制成交流数字电压表⑴并校准 第一章概述 第一节概述 在测量、控制仪表中引入微机，不仅能解决传统仪表不能解决或不易解决的问题，而且能简化电路、增加功能、提高精度和可靠性、降低售价以及加快新产品的开发速度。由于这类仪表已经实现人脑的一部分功能，例如四则运算、逻辑判断、命令识别等，有的还能够进行自教正、自诊断，并具有自适应、自学习的能力，因此人们习惯上称它们为智能仪表。数字功率表也是一种简单的智能仪表。 功率表一直以来都是重要的工业测量仪表，而数字功率表在原有的基础上比以前的更方便。数字显示消除了在模拟标尺上读取指针位置时的人为误差。与传统的其他仪表相比，数字功率表的测量准确度显著提高。除测量准确外，因数字仪表具有自动保护和自动选择量程的功能，因此减少了由于过载而损坏仪表的可能性。此外，本次所设计的数字功率表还具有自动记录数据和进一步处理数据的能力，能方便地使用在自动测试系统中。 数字功率表的测量能力随着微电子技术的发展而发展，表内硬件已越来越多地用集成电路代替。另一方面，在改善特性的同时，由于许多集成芯片还需进口，成本也有所增加。但由于数字功率表使用方便、功能强大、体积小，在市场上还是很受欢迎。 第二节毕业设计任务和要求 本次毕业设计的主要任务是与做硬件的同学配合，用汇编语言编制出一套数字功率表系统软件用来测量频率为50Hz的交流电路的各种参数，包括电压有效值、电流有效值、功率、功率因数。在完成对数据的处理后能在液晶显示器上显示出电路中的电压、电流、功率因数、功率。为了能够圆满的完成这次毕业设计，在这段时间里，需要完成以下几个任务：1.要熟悉课题的基本要求，通过课题的分析，明确主要任务；2.在课题任务明确后，有些难以下手的，或是没有碰到过的问题要及时地向指导老师请教，并且充分的利用学校图书馆这一庞大的资源，查找有关资料，熟悉有关方面的内容。3.在课题任务基本明确， 电子工艺实习报告 ------数字万用表的设计 数字万用表的设计 一、摘要： 数字万用表又称数字多用表，简称DMM（Digital Multimeter）。它是由数字电压表DVM(Digital Voltmeter)与各种变换器组成的。其中直流数字电压表示数字万用表的基本组成部分，是数字万用表的核心。数字仪表是把连续的被测模拟量自动地变成断续的、用数字编码方式并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表，它把电子技术、计算机技术、自动化技术与精密电测量技术密切地结合在—起，成为仪器仪表领域中一个独立的分支。数字万用表(DMM)可直接测量电压、电流、电阻或其他电参量，其功能可任意组合并以十进制数字显示被测量的结果，应用十分广泛。本文以DT830B万用表为例。 二、关键词 数字万用表，DT830B万用表，硬件设计，焊接工艺。 三、引言 DT830B万用表是一种常用的万用表，它的技术成熟。而且它的应用广泛，可以测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、二极管的正向导通电压F U以及三极管的放大倍数hFE 等。该表使用7106型的A/D转换芯片，配3 1/2位的LCD液晶显示屏，表使用一只电位器来调整精度，一节9V电池做电源，量程开关兼做电源开关。该表具有体积小、电路简单、分辨力强、准确度高测试功能完善、测量速率快等特点，常用于电气测量，特别适合在校学生和电子爱好者学习、组装，在装配完成的同时也就得到了一款实用的测量工具。 四、数字万用表的功能： DCV：直流电压 ACV：交流电压 DCA：直流电流 R：电阻 F U：二极管的正向导通电压hFE：三极管放大倍数 电子制作课程考核报告 课程名称简易数字直流电压表的设计 学生姓名贾晋学号1313014041 所在院(系)物理与电信工程 专业班级电子信息工程1302 指导教师秦伟 完成地点 PC PROTEUS 2015年 6 月 13 日 简易数字直流电压表的设计 简易数字直流电压表的设计 摘要本文介绍一种基于AT89C51单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换芯片为ADC0808，它主要负责把采集到的模拟量转换为数字量再传送到数据处理模块。数据处理则是由芯片AT89C51来完成，主要负责把ADC0808传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；并且,它还控制着ADC0808芯片工作。 该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-200V的模拟直流输入电压值，并通过数码管显示。 关键词单片机；数字电压表；AT89C51；ADC0808 目录 1 引言............................................................................................... 2 总体设计方案............................................................................... 2.1设计要求 ............................................................................... 2.2 设计思路 .............................................................................. 2.3 设计方案 .............................................................................. 3 详细设计....................................................................................... 3.1 A/D转换模块 .................................................................... 3.2 单片机系统 ........................................................................ 3.3 时钟电路 ............................................................................ 3.4 LED显示系统设计 ........................................................... 3.5 总体电路设计 .................................................................... 4 程序设计....................................................................................... 4.1 程序设计总方案 ................................................................ 4.2 系统子程序设计 ................................................................ 5 仿真............................................................................................. 5.1 软件调试 (11) 5.2 显示结果及误差分析 ........................................................ 结论................................................................................................. 参考文献........................................................................................... 附录................................................................................................... 电子产品制造工艺报告（万用表的制作流程） 课程：电子产品制造工艺 系别：计算机/软件 班级： 学号： 姓名： ——1008143109 目录 一、电子产品的构成 (3) 1.1数字万用表的概述 (3) 1.2数字万用表的介绍 (3) 1.3电器符号 (4) 1.4 UT51万用表的技术指标与一般特征 (4) 1.5UT51数字万用表安全操作准则 (5) 1.6 数字万用表的基本组成 (6) 1.7数字万用表的原理图： (7) 二、电子产品形成的各阶段应该完成的工艺工作 (8) 2.1组装过程简介 (8) 2.2技术资料1：数字万用表的装配图 (10) 2.3制作工艺流程图： (11) 名词解释： (12) 参考文献： (12) 第一章电子工艺技术入门 一、电子产品的构成 1.1数字万用表的概述 数字万用表是目前在电子测量及维修工作中最常用、最得力的一种工具类数字仪表。数字万用表迄今已有几十年的发展史。近年来，有大规模集成电路构成的新型数字万用表和高档智能数字万用表的大量问世，标志着电子测量领域的一场革命，也开创了想在电子测量技术的先河。目前，我国数字万用表的产量已居世界首位，每年生产近十万台中、低当数字万用表，并向100多个国家的大量出口，占世界中低档数字万用表总长量的85%以上。 数字万用表又称数字多用表，简称DMM（DigitalMultmeter）。它是由数字电压表DVM(DigitalV oltmeter)与各种变换器组成的。其中直流数字电压表示数字万用表的基本组成部 分，是数字万用表的核心。 1.2数字万用表的介绍 图1.1面牌说明数字万用表的设计
数字电子技术基础课程设计DT-830B数字万用表报告
基于单片机的数字电压表设计
基于单片机的数字万用表设计
数字万用表设计报告
基于51单片机的数字电压表设计
电流表电压表功率表及电阻表检定规程
数字万用表设计
电气设计需要系数利用系数功率因数等系数用表
数字万用表课程设计报告材料
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智能数字万用表的设计
虚拟数字电压表的设计
数字功率计
数字万用表设计性实验 (3)
数字功率表设计
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简易数字直流电压表的设计
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