ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本科毕业设计
数字万用表的研究与设计
The Design of Digital Multimeter
系（院）名称：电子信息与电气工程学院
QQ 号：309810851
目录
中文摘要、关键词 (Ⅰ)
英文摘要、关键词 (Ⅱ)
引言 (1)
第一章课题的研究背景 (2)
1.1数字万用表研究的目的和意义 (2)
1.2国内外的研究动态及发展趋势 (3)
1.2.1国内研究概况 (3)
1.2.2国外研究概况 (4)
1.3数字万用表设计重点解决的问题 (4)
第二章数字万用表的总体设计方案 (5)
2.1课题设计的基本思路 (5)
2.2数字万用表的测量原理及电路平台 (5)
2.3数字万用表的硬件系统总体设计框图 (10)
2.4硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (11)
2.4.1 AT89S52芯片功能特性描述 (12)
2.4.2模数转换模块介绍 (13)
2.4.3显示模块介绍 (15)
2.4.4电源模块介绍 (15)
2.5数字万用表的硬件设计 (16)
第三章系统软件及流程图及仿真过程 (22)
3.1软件设计整体思路 (22)
3.2系统总流程图 (23)
3.3物理采集流程图 (24)
3.4系统仿真过程 (24)
结论 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
附录A (29)
附录B (33)
数字万用表的研究与设计
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、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TEC612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。我熟悉了设计的原理后就在proteus上画电路图，部分模块仿真实现了其功能。
关键词：数字万用表AT89S52单片机AD转换器
The Design of Digital Multimeter
Abstract：This design is design a digital universal meter with chip AT89s52 of one-chip computer, can measure and hand in , direct current pressing value , direct current flow , the direct current is hindered, four numbers show. This system is shunted resistance, resistance of partial pressure, basic resistance, minimum system of 51 one-chip computers, shown that some , warning part , AD change and control making up partly. In order to make the system more steady, make the whole precision of the system be ensured, this circuit has used AD0809 data to change the chip, the one-chip computer system is designed to adopt AT89s52one-chip computer as the top management chip, the electricity is restored to the throne the circuit and 11.0592MHZ and shaken the circuit to match on RC, show that the chip uses2 TEC612, urge 8 numbers to be in charge of showing. The every execution cycle consuming time of procedure contracts to get shortest, in this way the real-time character of the security system. I am familiar with the design principle after in the circuit diagram, proteus draw the part module simulation function.
Keywords：Digital Universal Meter; AT89S52 One-Chip Computer; AD changes-and-controls
引言
电流、电压和电阻的测量，一般被视为万用计的基本功能。早期万用表只能够测量的这三种度量单位的名称：安培、伏特、欧姆。现在的新设备，可以测量更多的度量；一些常见的附加功能，及其测量的度量单位包括：电感、电容、电导、温度、频率、占空比。数字万用表亦称数字多用表，是指可以直接测量电压、电流、电阻或其它电参量，其功能可任意组合并以十进制数字显示被测量的电测量仪表。它通常具有直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻等五种测量功能。采用大规模集成电路和微型计算机技术的数字万用表DMM(Digital MultiMeter)，具有测量精度高、分辨率高、输入阻抗高、自动量程转换、过载能力强、功耗低、功能全、显示直观、结构轻巧等优点，在电子测量领域显示出了强大的生命力。数字万用表的分辨率与精度：
(1) 分辨率
分辨率也称灵敏度，指数字万用表测量结果的最小量化单位，即可以看到被测信号的微小变化。例如：如果数字多用表在4V范围内的分辨率是lmV，那么在测量1V的信号时，你就可以看到lmV的微小变化。数字万用表的分辨率一般用位数或字表示。数字万用表分辨率是很重要的指标，就像你要测量小于1毫米的长度，你肯定不会用最小单位为厘米的尺子。
(2)精度
万用表的精度是指在特定的使用环境下，出现的最大允许误差。换句话说，精度就是用来表明数字多用表的测量值与被测信号的实际值的接近程度。对于数字万用表来说，精度通常使用读数的百分数表示。例如，1％的读数精度的含义是数字万用表显示100.0V时，实际的电压可能会在99.0V到101.0V之间。在详细说明书中可能会有特定数值加到基本精度中，它的含义就是，对显示的最右端进行变换要加的字数。在前面的例子中，精度可能会标为4-(1％+2)。因此，如果万用表的读数是100.0V，实际的电压会在98.8V到101.2V之间。
第一章课题的研究背景
1.1数字万用表研究的目的及意义
目前电子行业具有很高的发展速度，测试测量仪器更是走在行业的尖端，便携式高精度仪器更是发挥了巨大的作用，并且显示了无比的潜力。它可以取代测量技术在传统领域内的各类仪器，它在组成和改变仪器的功能和技术性能上具有很大灵活性和经济性，因而特别适应于当代科学技术迅速发展和科学技术不断深化所提出的更高更新的测量课题和测量需求。
随着社会的发展，科学的进步，电子产业也会发展到一个新的阶段，电子技术的提高代表了一个国家的整体实力，高精尖的电子产品根新换代的周期越来越短，每一款电子产品的设计生产都需要更精密的电子测量仪器与之相配合，这样更先进的测量仪器将成为电子产品开发的必备条件，那么精密的测量仪起将是电子行业发展中的重中之重。
数字万用表作为电子测试领域不可缺少的产品之一，应用范围最为广泛。数字万用表是利用模/数转换原理，将被测量数据转化为数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种测量仪表。与指针式万用表相比，新一代数字万用表具有精度高、速度快、输入阻抗大、数字显示、读数准确、抗干扰能力强，测量自动化程度高等优点，因而被广泛应用，得到工程师的青睐。
数字万用表是大规模集成电路(单片A/D转换器)和数显技术的结晶，是在数字电压表的基础上扩展而成的。其主要特点是准确度高和显示直观。另外，由于其分辨率高，测量速度快，测量功能强，输入阻抗高，低功耗保护电路比较完善等优点而得到了广泛应用。按照人们的直观看法，数字万用表可分为手持式和台式两种。手持式由于其便携性能得到了人们的广泛喜爱，然而由于其体积小决定了其精度不可能做的太高，这样台式万用表就显示出其强大的生命力。高端台式数字万用表既可以作为单独的仪器设备使用，也可以与其他设备组成一个完各种测试、测量任务。万用表精度的高低直接决定着它的性能，精度的高低主要有硬件和软件共同决定。硬件方面A/D转换电路是其最关键的环节。数字多用表对输入信号的采样以多斜率多重积分式A/D转换器为核心。多斜率多重积分式A/D转换器是在四斜式A/D转换器基础上发展起来的。输入被测电压在一固定的时间内接入积分器，机内参考电压也在此固定时间内多次接入，使积分器输出幅度一直
保持在一定范围内。在这一固定时间结束后，机内参考电压将积分器输出电压反向积分过零。由于在积分的不同阶段，机内参考电压各不相同，使得在整个转换过程中既是多重积分循环，又在每个循环中出现了多种斜率。这种转换方法既解决了转换时间与高分辨率的矛盾，也解决了积分电路失调、噪声、积分电容介质吸附效应等不理想因素对转换精度的影响。测量仪器在我国的发展正是朝气蓬勃阶段，新技术不断的被应用到测量行业中，数字万用表作为主要的测量仪器，对其进行研究也就显得意义非凡。
1.2 国内外的研究动态及发展趋势
1.2.1国外研究概况
经过几十年的发展，国外的测量仪器已经是一个成熟的行业，进入21世纪以来，国外仪器仪表行业的发展呈现出一些新的特点：
(1)新技术普遍应用
目前普遍采用电子设计自动化(EDA)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)、数字信号处理(DSP)、专用集成电路(ASIC)及表面贴装技术(SMT)等技术。随着现代计算机技术的高速发展、计算机硬件价格的不断下降，通用硬件平台和虚拟仪器也正在成为趋势。通用硬件平台主要包括用于数据采集、信号分析处理和信号输出显示等带有共性的硬件，例如微型计算机、A/D和D/A变换器、显示器等，有了这些通用硬件平台，根据不同仪器的具体技术要求，开发出相应的软件，就可以产生不同的测试功能，输出多种测试信号。虚拟仪器充分利用了微型计算机强大的软硬件技术，可以设计出风格不同的人机操作界面，并且易于随着计算机软、硬件的升级而升级。虚拟仪器允许用户在通用硬件平台上根据自己的需要构造仪器，充分发挥计算机或数字信号处理器的作用，对仪器功能进行变换组合，因而比实物仪器更具有灵活性。在当今科技的高速发展中，测量技术和实验手段的现代化己成为科技现代化的重要条件和标志。随着计算机技术与智能传感技术的不断发展，检测仪器也将朝着“更快、更宽、更深”方向发展。(2)产品结构发生简化
在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术和量大面广产品的开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化。随着各类仪器装上了CPU，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力。今后的仪器归纳成一个简单的公式：“仪器—AD/DA+CPU+软件”。AD芯片将模拟信号变成数字信号，
再经过软件处理变换后用DA输出。
1.2.2国内研究概况
八十年代，我国仪器行业受到了国外冲击，承受了巨大压力。原有的骨干企业大多数不景气，效益滑坡，但同时高科技民营企业发展迅速。这十多年来大家都在积极转变观念，通过不断深化改革，调整企业结构、产品结构，选择了有限目标，稳住和发展量大面广的中、低挡仪器，充分发挥电子测量技术的渗透力和结合力，使得极其困难的仪器行业有了长足的进展。综观“八·五”期间电子仪器行业的发个个大的测试柜，快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。
1.3数字万用表设计重点解决的问题
本课题首先对数字万用表中所采用的脉冲宽度调制型ADC原理和性能进行了理论分析；然后对基于模拟RMS/DC运算法的传统有效值测量方法进行了深入的理论研究，并且提出了补偿算法和改进方案。主要完成了一下几方面工作：(1) 对脉冲宽度调制型ADC进行了研究。它是整个系统直流测量的核心，影响着整个系统的性能和测量精度。
(2)在传统间接型IWS/DC测量方法数学模型分析的基础上，运用频域补偿原理，推导出了交流RMS/DC补偿算法，并提出了一种实际可行的改进的间接型S/DC 测量方法。
(3) 介绍了高精度数字万用表的硬件原理，对AT89S52在系统中的应用以及如何实现系统的各项功能进行了研究。
(4) 介绍了系统软件的功能划分和程序的设计流程。系统软件实现了交直流测量、计算、显示等功能。
第二章 数字万用表的总体设计方案
系统包括硬件部分以及软件部分，它们配合完成整个数字万用表的所有功能。
2.1 课程设计的基本思路
由万用表的功能需求可知，本课题设计的这款数字万用表，主要由硬件和软件两部分组成。硬件是以AT89S52与ADC0809转换器为核心，加之其它电路组成。软件即为该表的下位机软件，不包括上位机。用单片机AT89S52与ADC0809转换器设计一个数字万用表，配合分流电阻、分压电阻、基准电阻可以测量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现四级量程的直流电压测量，其量程范围是2V ，20V ，200V 和500V 实现四级量程的交流电压测量，其量程范围是2V ，20V ，200V 和500V 实现四级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA ，20mA ，200mA 和2A 实现四级量程的电阻测量，其量程范围是2k ，20k ，200k 和2M ，并且有超出量程的情况发生时，蜂鸣器发声报警。
2.2 测量原理及电路平台
(1) 多量程数字电压表原理
在基准数字电压表头前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图2.1所示，U 0为电压表头的量程(如200mV)，r 为其内阻，r 1、r 2为分压电阻，U 2为扩展后的量程。
图2.1分压电路原理 图2.2多量程分压器原理 由于r>>r2，所以分压比为：
212
00r r r U U i += (2-1)
扩展后的量程为:
02210U r r r U i += (2-2)
多量程分压器原理电路见图2.2，5档量程的分压比分别为1、0.1、0.01、0.001
和0.0001，对应的量程分别为2000V 、200V 、20V 、2V 和200mV 。采用图2.3
的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在小量程档明显降低了电压表的输入
阻抗，这在实际使用中是所不希望的。所以，实际数字万用表的直流电压档电路
为图2.3所示，它能在部降低输入电阻的情况下，达到同样的分压效果。
例如：其中200V 档的分压比为：
001.010*********==+++++M k R R R R R R R (2-3)
其余各档的分压比可同样算出。
实际设计时是根据各档的分压比和总电阻来确定各分压电阻的。如先确定:
M R R R R R R 1054321=++++＝总 (2-4)
再计算2000V 档的电阻R 5=0.0001 R 总=1k
再逐档计算R 4、R 5、R 2、R 1。
尽管上述最高量程档的理论量程是2000V ，但通常的数字万用表出于耐压和
安全考虑，规定最高电压量限为1000V 。换量程时，多刀量程转换开关可以根据
档位自动调整小数点的显示，使用者可方便地直读出测量结果。
图2.3 使用分压电路
(2) 多量程数字电流表原理
测量电流的原理是：根据欧姆定律，用合适的取样电阻把待测电流转换为相
应的电压，再进行测量。如图2.4，取样电阻R 上的电压降为:
i i U I R = (2-5)
即被测电流: i i U I R = (2-6)
图2.4电流测量原理 图2.5多量程分流器电路
若数字表头的电压量程为U 0，欲使电流档量程为I 1，则该档的取样电阻：
00U R I = （2-7）
如 U 0=200mV ，则I 0=200mA 档的分流电阻为R=1。多量程分流器原理电路
见图2.5。
图2.5中的分流器在实际使用中有一个缺点，就是当换档开关接触不良时，
被测电路的电压可能使数字表头过载，所以，实际数字万用表的直流电流档电路
为图2.5所示。
图2.6 实用分流器
图2.6中各档分流电阻的阻值是这样计算的：先计算最大电流档的分流电阻
R 5：
)(1.022.050Ω===m s I U R （2-8）
再计算下一档的R 4：
)(9.01.02.02.05404Ω=-=-=R I U R m （2-9）
依次可计算出R 5、R 2和R 1。
图中的BX 是2A 保险丝管，电流过大时会快速熔断，超过流保护作用。两
反向连接且与分流电阻并联的二极管D1、D2为塑封硅整流二极管，它们起双向
限幅过压保护作用。正常测量时，输入电压小于硅二极管的正向导通压降，二极
管截止，对测量毫无影响。一旦输入电压大于0.7V ，二极管立即导通，两端电
压被限制住(小于0.7V)，保护仪表不被损坏。
交流电压电流测量处理原理数字万用表中交流电压，电流测量电路是在直流
电压、电流测量电路的基础上，在分压器或分流器之后加入了一级交流-直流
(AC-DC)变换器，图2.7为其原理简图。
该AC-DC 变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成，
还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准之用。调
整该电位器可使数字表头的显示值等于被测交流电压的有效值。同直流电压档类
似，出于对耐压、安全方面的考虑，交流电压最高档的量限通常限定为700V (有
效值)。
图2.7 A/D 转换
(3) 电阻测量原理
数字万用表中的电阻档采用的是比例测量法，其原理电路见图2.8。 由稳压管ZD 提供测量基准电压，流过标准电阻R 0和被测电阻R X 的电流基本相
等(数字表头的输入阻抗很高，其取用的电流可忽略不计)。所以A/D 转换器的参
考电压U REF 和输入电压U IN 有如下关系：
x IN REF R R U U 0 (2-10)
根据所用A/D 转换器的特性可知，数字表显示的是U IN 与U REF 的比值，当
U IN =U REF 时显示“1000”， U IN =0.5U REF 时显示“500”，以此类推。所以，当R X=R 0
时，表头将显示“1000”，当R X=0.5R 0时显示“500”，这称为比例读数特性。因
此，我们只要选取不同的标准电阻并适当地对小数点进行定位，就能得到不同的
电阻测量档。如对200档，取R 01=100，小数点定在十位上。当R X =100时，表
头就会显示出100.0。当R X 变化时，显示值相应变化，可以从0.1测到199.9。
又如对2K 档，小数点定在千位上。当R x 变化时，显示值相应变化，可以从0.001K
测到1.999K 。其余各档道理相同，同学们可自行推演。数字万用表多量程电阻档
电路见图2.8。
图2.8 电阻测量
由上分析可知:
101202013030210010001009001019R R R R R R R R k k k
==Ω
=-=-=BΩ
=-=-= (2-11)
由正温度系数(PTC)热敏电阻R 1与晶体管T 组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管T 发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时R 1随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而限制了电流的增加，使T 的击穿电流不超过允许范围。即T 只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，R 1和T 都能恢复正常。
(4) 电容测量原理
电容测量是根据电容充电原理其充电电压与时间成一定的指数关系。根据电压和时间可以计算出电容的值。 2.3 数字万用表的硬件系统设计总体框架图
由万用表的功能需求可知，本课题设计的这款数字万用表，主要由硬件和软件两部分组成。硬件是以AT89S52单片机与ADC0809转换器为核心，加之其它电路组成。
如下图2.9所示，本万用表由以下几部分功能组成，复位电路、震荡电路、ADC输入、被测量显示、超限报警、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；超限报警部分则是用作当测量量超出量程范围时发出警报，以便提醒用户更改大量程；ADC 使能控制则用来对输入量进行控制，允许输入或者不允许。
图2.9 总体电路设计框图
2.4 硬件电路设计方案及选用芯片介绍
硬件电路包括模拟电路与数字电路两大部分。模拟电路主要有开关网络、缓冲器、积分器、比较器，AC/DC转换运算放大器等。数字电路主要有开关网络控制器、自动量程逻辑、计数器、译码驱动器，时钟振荡器等。控制逻辑按照一定的时序发出控制信号，自动选定芯片外围电路的相应标准电阻，接通模拟开关，实现电路切换。其主要部分由前端模拟采集部分和后端数字控制处理部分构。前端模拟采集部分：主要完成前端模拟量的采集，以及模拟量数字化的功能。后端数字控制处理部分：主要完成对整个下位机的硬件控制，以及数字处理。模拟部分设计内容分为以下几部分：
(1) 功能切换模块：主要完成各测量模块之间的切换。
(2) 欧姆电流源模块：主要可以提供一个高精度的电流源。
(3) DCV放大模块：主要完成直流电压的放大。
(4) ACV放大模块：主要完成交流电压的放大。
(5) 交流变直流转化模块：主要完成交流转化为直流量。
(6) CPLD计数模块：主要完成频率及电容的测量。
(7) 电源模块：完成对模拟器件和数字器件的供电。
数字部分主要由MCU、AD、FLASH、SDRAM，USB等部分组成。软件设计方案：
系统软件设计包括管理程序和控制程序两部分，管理程序包括液晶屏幕显示的动态刷新、处理键盘的扫描和响应。进行掉电保护的处理、执行中断服务操作等。控制程序是对被控对象进行采样、数据处理、根据控制算法进行计算和输出等。控制程序包括A/D转换，数据采样，数字处理、中值滤波，越限报警处理等。
本章介绍了系统的硬件设计框架，以及电路原理图的设计。本文选择
AT89S52作为核心芯片。
2.4.1 AT89S52芯片功能特性描述
AT89S52引脚框图：
图2.10 AT89S52芯片引脚图
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
2.4.2 模数转换模块
(1) 模数(A/D)转换与数字显示电路
常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位(量化台阶)为∆，则数字信号的大小一定是∆的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。例如，设∆=0.1mV，我们把被测电压U与∆比较，看U是∆的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N(二进制)。一般情况下，N≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半数字表。对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压U的大小。如：U 是∆(0.1mV)的1234倍，即N=1234，显示结果为123.4(mV)。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示-199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。由上可见，数字测量仪表的核心是模数(A/D)转换、译码显示电路。A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。
(2)ADC0809介绍
ADC0809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。
图2.11 ADC0809的内部逻辑结构
由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
ADC0809引脚结构
图2.12 ADC0809引脚结构图
IN0－IN7：8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，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行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。
表2-1 地址输入线的通道选择
数字量输出及控制线：11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
2.4.3 显示模块
显示模块主要是用TEC6122共阴极8X8段LED数码管来实现。
TEC6122简述
(1) 概述
(2) 特点
数字万用表的设计
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
基于单片机的数字万用表分析研究报告
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题目：基于单片机的数字万用表设计 院系： 姓名： 学号： 专业： 年级： 指导教师： 职称： 完成日期：
摘要 本设计用单片机芯片AT89C51设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值，交、直流电流，电阻，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、A/D转换和控制部分组成。 本设计主要针对万用表硬件以及软件部分的实现来展开。研究内容包括两部分：硬件和软件。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ADC0809数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89C51单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ振荡电路，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；A/D转换和控制；AT89C51单片机
1 绪论 (1) 1.1 数字万用表研究背景、目的和意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 研究内容和重点解决的问题 (1) 1.4章节安排 (2) 2 数字万用表的基本原理 (3) 2.1 直流电压测量原理 (3) 2.2 交流电压测量原理 (4) 2.3 直流电流测量原理 (4) 2.4 交流电流测量原理 (5) 2.5 电阻测量原理 (6) 3 数字万用表硬件介绍与设计 (8) 3.1 硬件系统部分芯片介绍 (8) 3.1.1 AT89C51芯片简介 (8) 3.1.2 ADC0809芯片介绍 (8) 3.1.3 TEC6122简述 (13) 3.2 数字万用表硬件设计 (13) 3.2.1 分模块详述系统各部分实现方法 (13) 3.2.2 电路工作过程描述 (18) 4 系统软件设计与流程图 (19) 4.1 电路功能模块 (19) 4.2 系统总流程图 (20) 4.3 电压测量流程图 (20) 4.4 电流、电阻测量流程图 (21) 结论 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24) 附录 (25)
8.12 设计数字万用表 【实验目的】 1.了解数字电表的基本原理、常用双积分模数转换芯片外围参数的选择原则及电表的校准原则； 2.了解数字万用表的特性、组成及工作原理； 3.掌握分压、分流电路的原理； 4.设计制作多量程直流电压表、电流表及电阻表； 5.了解交流电压、三极管和二极管相关参数的测量。 【设计要求及实验内容】 1.设计制作多量程直流数字电压表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200mv、2v）； 2.设计制作多量程直流数字电流表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200mA、20mA）； 3.设计制作多量程数字欧姆表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：200Ω、2kΩ、20 k Ω）； 4.设计制作多量程交流数字电压表，并进行校准（自拟校准表格，量程为：AC, 200mv、2v）； 5.二极管正向压降的校准和测量； 6.三极管h FE参数的测量。 以上实验，在1至3中选择2～3个实验题目为必做内容，4至6为选做内容。 【主要实验器材】 1.DH6505数字电表原理及万用表设计实验仪； 2.四位半通用数字万用表； 3.标准电阻箱。 【实验原理、方法提示】 1. 数字电表原理 常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。 （1）双积分模数转换器（ICL7107）的基本工作原理 我们将完成从模拟电信号转换成数字信号的电路称为模数转换器（AD转换器）。数字万用表常用的转换器为双积分AD转换器。
双积分模数转换电路的原理比较简单，当输入电压为Vx 时，在一定时间T1内对电量为零的电容器C 进行恒流（电流大小与待测电压Vx 成正比）充电，这样电容器两极之间的电量将随时间线性增加，当充电时间T1到后，电容器上积累的电量Q 与被测电压Vx 成正比（式 1）；接着让电容器恒流放电（电流大小与参考电压Vref 成正比），这样电容器两极之间的电量将线性减小，直到T2时刻减小为零。如果用计数器在T2开始时刻对时钟脉冲进行计数，结束时刻停止计数，就会得到计数值N2，则N2与Vx 成正比。 Qo=dt R Vx T *1 ?=1T R Vx （1） Vo=-C Qo =-1T RC Vx （2） Vo+C 1dt R Vref T *20 ?=0 （3） 把（2）式代入（3）式，得： T2=Vref T 1Vx （4） 从（4）式可以看出，由于T1和Vref 均为常数，所以T2与Vx 成正比。若时钟最小脉冲单元为CP T ,则CP T N T *=11，CP T N T *=22，代入（4）式， 即有： N2= Vx （5） 测量的计数值N2与被测电压Vx 成正比。式中，N 1、N 2即为转换后的数字量，其中N 2是数字表头的显示值，这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，即为最终显示结果。 （2）数字万用表的工作原理 数字万用表的核心部分是直流数字电压表（DVM ），如图1中虚线框所示，它由滤波器、A/D 转换器、LED 液晶显示器组成。在数字电压表的基础上再增加交流—直流、电流—电压、电阻—电压转换器，就构成了数字万用表。 Vref N 1
简易数字万用表设计 辽宁工业大学 单片机原理及接口技术课程设计(论文） 题目：简易数字万用表 院（系）：电气工程学院 专业班级：测控技术与仪器 学号： 090301020 学生姓名：王英会 指导教师: 起止时间：2012。6。18-2012。6.29
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室: 测控技术与仪器 注：成绩:平时20％论文质量60% 答辩20％以百分制计算
摘要 本课题介绍了一种基于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转换主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片89S52来完成，其负责把ADC0804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；此外,它还控制着ADC0804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—5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。 关键字：单片机；数字电压表；A/D转换; 80S52；ADC0804
目录 第1章绪论.................................... 错误!未定义书签。第2章课程设计的方案. (1) 2。1概述 .................................... 错误!未定义书签。 2.2总体方案比较 ............................. 错误!未定义书签。第3章硬件设计. (11) 3.1电压采集 (4) 3.2电流采集 (5) 3.2电阻采集 (6) 第4章软件设计 (7) 4。1程序设计总方案 (7) 4。2系统子程序设计 (8) 第5章误差分析 (9) 第6章课程设计总结 (10) 参考文献 (11)
ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本科毕业设计 数字万用表的研究与设计 The Design of Digital Multimeter 系（院）名称：电子信息与电气工程学院 QQ 号：309810851
目录 中文摘要、关键词 (Ⅰ) 英文摘要、关键词 (Ⅱ) 引言 (1) 第一章课题的研究背景 (2) 1.1数字万用表研究的目的和意义 (2) 1.2国内外的研究动态及发展趋势 (3) 1.2.1国内研究概况 (3) 1.2.2国外研究概况 (4) 1.3数字万用表设计重点解决的问题 (4) 第二章数字万用表的总体设计方案 (5) 2.1课题设计的基本思路 (5) 2.2数字万用表的测量原理及电路平台 (5) 2.3数字万用表的硬件系统总体设计框图 (10) 2.4硬件电路设计方案及选用芯片介绍 (11) 2.4.1 AT89S52芯片功能特性描述 (12) 2.4.2模数转换模块介绍 (13) 2.4.3显示模块介绍 (15) 2.4.4电源模块介绍 (15) 2.5数字万用表的硬件设计 (16) 第三章系统软件及流程图及仿真过程 (22) 3.1软件设计整体思路 (22) 3.2系统总流程图 (23) 3.3物理采集流程图 (24) 3.4系统仿真过程 (24) 结论 (26)
致谢 (27) 参考文献 (28) 附录A (29) 附录B (33)
数字万用表的研究与设计 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、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TEC612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。我熟悉了设计的原理后就在proteus上画电路图，部分模块仿真实现了其功能。 关键词：数字万用表AT89S52单片机AD转换器
单片机数字万用表设计 单片机数字万用表是一种现代化的计算工具，它能够测量各种电 信号参数，比如电压、电流、电阻等。由于其小巧精致，使用方便等 优点而备受电子爱好者、电子工程师和电子技术爱好者的喜爱。那么，今天我们就来了解一下单片机数字万用表的设计吧。 一、单片机数字万用表的基本构成 单片机数字万用表主要由单片机模块、测量模块、显示模块、键 盘输入模块组成。 1.单片机模块 单片机模块是单片机数字万用表的主要控制中心，它是整个数字 万用表系统的核心。它通过接收来自测量模块的输入信号，进行运算，计算出相应的电信号参数。通过与显示模块之间的通讯，向用户展示 测量结果。 2.测量模块
测量模块是单片机数字万用表的重要组成部分，它主要用于采集被测量的电压、电流、电阻等电信号参数，并将其转换为数字信号脉冲，然后通过单片机模块进行数字处理。 3.显示模块 显示模块是单片机数字万用表中的一个非常重要的组成部分，它主要负责将经过单片机处理的结果展示给用户。显示模块通常采用液晶、LED等现代电子显示技术，以实现明确、清晰、易读的数字显示。 4.键盘输入模块 键盘输入模块是单片机数字万用表中另一个重要的组成部分，它使用户可以通过按键操作实现选择不同的测量功能、设置参数等。 二、单片机数字万用表的特点 1.精准度高 由于单片机数字万用表的设计采用数字化技术进行测量和计算，效果相对于传统的模拟万用表更加精准，因此可以提高测量精度。在实际应用中，一些精密测量场合，如医疗电器、科学研究中都能够应用数字万用表实现更精准的测试。
2.智能化 由于单片机模块的应用，数字万用表具备自动识别、自动范围、自动修整和自动校准等功能。通过人机接口，数字万用表可以根据被测电信号的实际情况，实现智能感应和智能调整。 3.使用方便 数字万用表设计紧凑，小巧轻便，便于携带和使用。而且，数字万用表的人机界面友好，通过LED或LCD显示屏幕显示结果，使得用户一目了然，并且方便上手。 三、单片机数字万用表的应用场景 1.电器故障排查 在电器故障排查中，最常见的是在物体电路中提取不同的电信号参数，通过分析来定位故障原因。而数字万用表采用高科技技术，可以精确测量电容、电阻、电流、电压等参数，为检查和排除电气问题提供可靠的指示。 2.电子实验室
实验十数字万用表设计 数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。 ［实验目的］ 1、掌握万用表的使用方法。 2、了解数字电表原理。 3、掌握改装数字万用表的原理及其校准方法。 ［实验仪器设备］ 改装表（数字万用表）、AD参考电压模块、变直流电压转换模块、标准万用表、九孔板等。
个日字型结构之间是不导通的。田字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两任何个田字型结构之间是不导通的。一字型的结构中每个插孔都是相互连通的。但两个一字型结构之间是不导通的。我们可以用元器件，导线和连接器等连接成我们需要的电路。 ［实验原理］ 一、数字电表 常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。 数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为?，则数字信号的大小是?的整数倍，该整数可以用二进制码表示。设?=0.1mV，我们把被测电压U与?比较，看U 是?的多少倍，并把结果四舍五入取为整数N (二进制)。一般情况下，N≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。所以，最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半(3 1/2)数字表。如：U是? (0.1mV)的1861倍，即N=1861，显示结果为186.1(mV)。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路和小数点选择位，就可以测量显示-199.9～199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。 （工作原理见附录） 二、改装数字万用表的设计 常用万用表需要对直流电压、直流电流的测量等，图1为万用表测量基本原理图。下面我们主要讲讲提到的几种参数的测量：
实验二十五 数字万用表的设计、制作与校准 数字电表以它显示直观、准确度高、分辨率强、功能完善、性能稳定、体积小易于携带等特点在科学研究、工业现场和生产生活中得到了广泛应用。数字电表工作原理简单，完全可以让同学们理解并利用这一工具来设计对电流、电压、电阻、压力、温度等物理量的测量，从而提高大家的动手能力和解决问题能力。 【实验目的】 1．了解数字电表的基本原理和特性。 2．掌握数字电表的校准方法和使用方法。 3．设计数字万用表（即多量程数字电压、电流和电阻表）。 4．了解交流电压和二极管相关参数的测量。 【实验仪器】 ZKDB-A 型数字电表改装试验仪1套（所含模块如下图所示），通用标准万用表1个。 量程转换开关模块 交直流电压转换模块 功能：把交流电压转换成直流电压，模块中有电位器进行调整。 参考电阻模块 功能：提供可调参考电阻和可调待测电阻各一个。 三位半数字电压表头 AD 参考电压模块 功能：提供数 字电压表头中模数转换芯片所需的参考电压(Vr-，Vr+)， 有两档（0.1V 和1V ），有电位器可进行电压调节。
【实验原理】 1. 数字电表原理 常见的物理量都是幅值大小连续变化的所谓模拟量，指针式仪表可以直接对模拟电压和电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理。 数字信号与模拟信号不同，其幅值大小是不连续的，就是说数字信号的大小只能是某些分立的数值，所以需要进行量化处理。若最小量化单位为∆，则数字信号的大小是∆的整数倍，该整数可以用二进制码表示。设∆=0.1mV ，我们把被测电 量程扩展分压器模块 a 量程扩展分流器模块 a 量程扩展分流器模块 b 电流档保护模块 功能：防止过流。 量程扩展分压器模块 b 量程扩展分档电阻模块 电阻档保护模块 功能：防止过压损坏仪器。 待测元件模块 功能：提供电阻、二极管、 NPN 三极管和PNP 三极管各一个。 GND +5V 3K 10K 二极管测量 XDA XDK XDO 二极管测量模块 电阻档基准电压模块 功能：用于在电阻测量时提供测量基准电压。 直流电压电流模块 功能：提供直流电压和电流，可通过电位器调节。
数字万用表毕业设计 数字万用表是一种常见的电子测量工具，广泛应用于工程技术领域。在我即将毕业的时候，我选择了数字万用表作为我的毕业设计课题。通过设计和制作一个功能强大的数字万用表，我希望能够提高测量精度和效率，满足工程师们的需求。 首先，让我们来了解一下数字万用表的基本原理和功能。数字万用表主要由一个数字显示屏和多个测量功能模块组成，例如电压、电流、电阻、频率等。它可以通过选择不同的测量模式，来测量不同的电气参数。数字万用表还具有自动量程切换、数据保存和传输等功能，使得测量更加简便和准确。 在我的毕业设计中，我希望能够改进数字万用表的测量精度和稳定性。首先，我选择了高精度的测量芯片和元器件，以确保测量结果的准确性。其次，我设计了一个精密的校准电路，可以校正测量误差，提高测量精度。此外，我还添加了温度补偿电路，以消除温度对测量结果的影响。通过这些改进，我相信我的数字万用表将能够提供更加可靠和准确的测量结果。 除了测量精度，我还关注数字万用表的使用便捷性和人机交互性。在设计过程中，我注重界面的友好性和操作的简便性。我采用了大尺寸的液晶显示屏，以便用户能够清晰地看到测量结果。同时，我设计了直观的按键布局和菜单导航系统，使得用户能够快速选择和切换不同的测量模式。此外，我还添加了声音和光线提示功能，以便用户能够及时了解测量状态和结果。 在设计数字万用表的过程中，我还考虑了其可靠性和耐用性。我选择了高质量的元器件和材料，以确保产品的长期稳定运行。我进行了严格的电磁兼容性和抗干扰性测试，以保证数字万用表在复杂的电磁环境下仍能正常工作。此外，
我还进行了严格的可靠性测试，包括温度循环、振动和冲击等，以验证产品在各种恶劣环境下的可靠性。 除了以上的技术改进，我还考虑了数字万用表的市场竞争性和商业可行性。我进行了市场调研和竞争分析，了解了当前数字万用表市场的需求和趋势。我根据市场需求，增加了一些附加功能，如数据记录和导出功能，以提高产品的竞争力。同时，我还进行了成本分析和生产计划，确保产品的商业可行性和可持续发展。 通过这个毕业设计项目，我不仅学到了很多关于数字万用表的知识和技术，还培养了自己的创新能力和团队合作精神。在整个设计过程中，我与导师和同学们进行了密切的合作和交流，共同解决了许多技术和设计上的问题。这个经历不仅让我更加了解了电子测量领域，也为我今后的工作和学习打下了坚实的基础。 总而言之，我的数字万用表毕业设计旨在提高测量精度和效率，满足工程师们的需求。通过改进测量精度、提高使用便捷性和可靠性，以及考虑市场竞争性和商业可行性，我相信我的设计将能够为电子测量领域带来新的突破和进步。我期待着将来能够投入实际生产，为工程师们提供更好的测量工具，为科技进步做出贡献。
目录 第一部分设计任务与调研 (1) 第二部分设计说明 (3) 第三部分设计成果 (9) 第四部分结束语 (15) 第五部分致谢 (16) 第六部分参考文献 (17)
第一部分设计任务与调研 1、毕业设计的主要任务 数字多用表（DMM）就是在电气测量中要用到的电子仪器。它可以有很多特殊功能，但主要功能就是对电压、电阻和电流进行测量，数字多用表，作为现代化的多用途电子测量仪器，主要用于物理、电气、电子等测量领域。 自从1977年世界上首台手持式数字万用表问世以来，研究者在万用表的功能和设计上不断创新，新品迭出。数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起，以其操作方便、读数准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器，它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等，正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。 数字万用表的简介 万用表是电力电子等部门不可缺少的测量仪表，一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。万用表按显示方式分为指针万用表和数字万用表。是一种多功能、多量程的测量仪表，一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数（如β）等。所以需要设计一款具有更高的灵敏度、可以测量温度、频率(在一个较低的范围)、电容、电感，做信号发生器等等一些功能的数字型万用表。 1.2.2 数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在一起，以其操作方便、读数准确、体积小巧、携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器，它可以测量直流电流、交流电流、直流电压、交流电压、电阻、电容、二极管的正向压降等，正在许多领域取代模拟式(即指针式)万用表。具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输人阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、扩展能力强等优点。
实验名称: 数字万用表设计性实验讲义 实验目的: 掌握数字万用表的工作原理、组成和特性 掌握数字万用表的校准方法和使用方法 掌握分压及分流电路的连接和计算 了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用 实验原理: 1数字万用表的组成 2设计组装多量程直流电压表 采用串联电阻分压得原理,将最大电压为200mv 的表头量程扩大. 其中20V 量程缩放比例为 34512345100k 0.0110M R R R R R R R R ++==++++ 这样,就扩大了量程.
2设计组装多量程交流电压表 因为是测量交流电压,所以在测量直流电压的基础之上加入AC-DC 整流滤波电路.测量的是交流电压的有效值. 其他测量电路与直流电压测量电路相同 试验记录 实验一 制作多量程直流数字电压表并作校准曲线 实验步骤 1连接小数点与对应量程相连 2连接参考电压 3连接分压电路 4调节电位器,输出150~200 mv 的电压(0.5mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同. 校准曲线如下 020406080100120140160180200 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 标准表 读数与组装表读数的差 值 m V 组装表读数 mV 交流电 直流电 图（８）AC-DC 变换器原理简图
实验二 制作多量程交流数字电压表并作校准曲线 1采用多量程直流数字电压表,并且加入AC-DC 电路 2调节电位器,输出0~2V 的电压(50mV 误差),使组装表与标准表对同一电压显示相同. 3校准测量,与记录及校准曲线的绘制 校准曲线如下: 接线总结 1先接公共的部分,及表头,小数点部分,再接其他部分; 2接地线时,最好用黑线,就不会出现实验时将地线与有电位的线接在一起. 3先用标准表测量引入电压,再进行试验,避免烧毁表头. 朱业俊 学号 PB07013077 -0.015 -0.010-0.0050.0000.0050.0100.0150.020 0.025标准表与组装表读数差 值 V 标注表读数V
目录 第1章概述 (1) 1.1 万用表的种类 (1) 1.1.1 模拟万用表 (1) 1.1.2 数字万用表 (2) 1.2 数字万用表的应用与优势 (3) 第2章数字万用表的测量理论 (5) 2.1 模数转换与数字显示电路 (5) 2.2 直流电压测量电路 (6) 2.3 直流电流测量电路 (6) 2.4 交流电压、电流测量电路 (7) 2.5 电阻测量电路 (8) 第3章 STC89C52型数字万用表的系统硬件设计 (10) 3.1 STC89C52型数字万用表系统的论证及选择的特点 (10) 3.1.1 主控芯片 (10) 3.1.2 显示芯片 (10) 3.1.3 原理框图 (10) 3.2 STC89C52型数字万用表的单元电路设计 (11) 3.2.1主控模块 (11) 3.2.2显示模块 (13) 第4章 STC89C52型数字万用表的安装与调试 (14) 4.1 印制电路板元器件的安装与焊接 (14) 4.2 液晶显示器件的安装 (15) 4.3 开关及印制板的安装 (15) 4.4 STC89C52型数字万用表的调试 (15) 4.5 STC89C52型数字万用表的测试 (16) 第5章总结 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20) 附录 STC89C52型数字万用表的电路原理图 (21)
第1章概述 1.1 万用表的种类 万用表分为指针式、数字式两种。随着技术的发展，人们研制出微机控制的虚拟式万用表，被测物体的物理量通过非电量/电量，将温度等非电量转换成电量，再通过A/D转换，由微机显示或输送给控制中心，控制中心通过信号比较做出判断，发出控制信号或者通过D/A转换来控制被测物体。 1.1.1 模拟万用表 交流电量的电路中，使用了整流器件，将交流电变换成为直流电，从而万用表的种类很多，按其读数方式可分为模拟式万用表和数字式万用表两类。模拟式万用表是通过指针在表盘上摆动的大小来指示被测量的数值，因此，也称其为机械指针式万用表。由于它价格便宜、使用方便、量程多、功能全等优点深受使用者的欢迎。 1.模拟万用表的组成 万用表在结构上主要由表头、测量电路、转换装置三部分组成。万用表的面板上有带有多条标度尺的刻度盘、转换开关旋钮、调零旋钮和接线插孔等。 (1)表头 万用表的表头一般都采用灵敏度高，准确度好的磁电式直流微安表，它是万用表的关键部件，万用表性能好坏，很大程度上取决于表头的性能。表头的基本参数包括表头内阻、灵敏度和直线性，这是表头的三项重要技术指标。表头内阻是指动圈所绕漆包线的直流电阻，严格讲还应包括上下两盘游丝的直流电阻，内阻高的万用表性能好。多数万用表表头内阻在几千欧姆左右。表头灵敏度是指表头指针达到满刻度偏转时的电流值，这个电流数值越小，说明表头灵敏度越高，这样的表头特性就越好，通电测试前表针头必须准确地指向零位，通常表头灵敏度只有几微安到几百微安。表直线性是指表针偏转幅度与通过表头电流强度幅度是相互一致的。
摘要 本文介绍一种以AT89S52单片机为核心的智能型数字式多用表,该系统采用 AD0808 为采样元件，对待测交直流电压信号进行实时采样，数据处理，输出显示，并可以直流电流和电阻，且具有键盘选择测量对象、量程和自动量程转换功能。 关键词： A/D 转换器，单片机，模拟开关，自动量程转换 第一章前言 功能：实现交直流测量，量程自动转换，过电压自动报警。 仿真及编译软件：Proteus，Keil ， Wave 主要元件： AT89C52， CD4511， AD0808， 7 段数码管（ 8 个），蜂鸣 器预定性能指标： 直流电压：范围-40—+50V，精度 20mv，实时无间断测量，4%。 交流信号：测量范围-5—+5V，频率范围：300Hz 到 100Khz 误差 5%。 初步方案及进展： 小组成员及任务分配： 组长：陈文豹硬件电路设计参数确定与调试 组员：庞明软件程序设计 邓玉龙资料查询并辅助电路设计 数字万用表设计分析 本设计可以分为直流电压测量电路；交流/ 直流转换电路；电流/ 电压转换电路；电阻/电压转换电路；功能控制和数据显示电路这五个的主要电路模块。 在设计直流电压测量电路时，利用反相比例运算电路，加上自己设计的四选一模拟开关， 组成了一个直流电压测量电路。但该电路在实践中存在问题，不能实现预期的结果。做了适当的修改，改为由电阻、模拟开关和运放组成放大倍数可调的比例电路。 由于无论是指针式万用表还是普通的真有效值或平均值响应的数字万用表，其交流电压档的频率特性都较差，一般只能测量几十赫兹到几千赫兹的低频电压。我发现对于指针式万 用表造成频率特性较差的原因主要是万用表的分压电阻采用精密电阻器，其本身的分布电容较大，在对高频电压信号进行测量时，由于分布电容的容抗大为减少使得测量值明显低于实 际电压值，而对于数字万用表除上述原因以外，另一主要原因是受平均值响应，转换器本身频率特性的限制。但此缺陷可通过采用宽频带运算放大器加以改善。因此，消除分压电阻器分布电容的影响就可以提高万用表工作频率的上限，大大改善其频率特性。 数字万用表简介 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敏度)。这使得对被测电路的影响可以更小，测量精度较高。 传统的指针式万用表功能单一、精度低，已经不能满足数字化时代的需求，而采用单 片 A/D 转换器构成的数字万用表，具有读数方便、精度高，测试功能强、集成度高、微功
数字万用表自动计量系统的设计与实现 摘要：数字万用表是电测技术中的一种常用仪表，它把电子技术、计算技术、自动化技术的成果和电测技术结合在—起，具有使用方便、灵敏度高、测量速度快、量程宽、过载能力强、输入阻抗高、指示值具有客观性(不存在视觉误差)、 扩展能力强等优点。 关键词：数字万用表；自动计量；设计；实现 数字万用表是一种常用的测量仪器，用于对电流、电压和电阻的测量。本文 针对数字万用表计量中易发生人为差错、耗时长问题，设计了基于适配器的数字 万用表自动计量系统，能准确高效的对数字万用表进行自动计量。实践表明，自 动计量系统极大的提高了工作效率，可靠性好，能满足自动计量需求，具有较好 的推广价值。 一、数字万用表当前应用现状 数字万用表是一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计 等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。革除这些弊端一 直是设计者苦苦探索但始终未能很好解决的难题。 二、设计方案 1、系统设计要求。1)应采取相应的技术措施，保证适配器的稳定性和可靠性，并采用计算机的USB接口供电；2)数字万用表的改造应简洁可靠，不应改变 其原有功能及外观；3)测试装置应简洁可靠，操作便捷，故障率低，通用性高， 可扩展性好；4)可同时对两台相同的数字万用表进行计量；5)按模块化、通用化、系列化的设计思想进行设计、开发。 2、系统组成。本系统主要由多功能标准源(FLUKE5500A)、计算机、自动计 量适配器、USB电缆、RS232电缆、专用数据电缆、自动计量软件等组成。
3、数表的改装。采用数字示波器和数据采集卡对数表内部处理器进行测量分析，可知其输入到屏幕的信号为串行的数字信号，信号长度为128位，分别对应其LED屏幕上相应液晶管的通断，达到将采样信号翻译为读数的功能。 将数字万用表进行改装，添加转换接口将液晶屏信号转换为RS232信号，添加防休眠开关，通过修改芯片休眠规则方法使其在自动测试期间不能休眠。两处的改装集成于万用表内部，不增加数字万用表体积，不影响数字万用表的正常使用。转换接口和拨动开关为附加装置，需在数字万用表上打孔安装。数字万用表的改装简洁可靠，未改变其原有外观及功能。 三、适配器的设计 1、基本作用。由于数字万用表输出到期屏幕的数字信号为专用的128位TTL 电平数字信号，仅其屏显LED可识别，其它设备读取结果均为乱码，导致该数字信号无法正常使用，为了使计算机能顺利读取数字万用表的屏幕信号，需设计一个自动计量适配器，将屏显信号翻译成计算机可识别的信号。 2、设计原理。首先内部设计隔离电源和数字光耦，用来读取并隔离屏显信号，以防止多台数字万用表同时测量时的互相干扰；然后通过微处理器对屏显信号翻译成计算机可识别的USB信号。通过USB扩展功能的加入，实现对两台数字万用表进行数字信号读取。对于共地干扰情况，通过在自动计量适配器内部引入数字光耦的方法，实现两台数字万用表和计算机三者间的物理隔离，避免了相互干扰；加入隔离电源模块，保证其数字光耦正常工作和数据的稳定传输；加入USB集线控制器，实现了对两台数字万用表的数字信号进行读取。适配器原理是将两路被测信号同时连接到适配器的输入端口，通过光耦隔离器进行隔离，避免相互干扰，信号转换器将被测信号转换为USB信号，便于计算机读取，通过信号调理电路将两路信号同时输出到适配器的数据输出端口。数据输入接口通过专用同轴电缆与两台数字万用表连接，数据输出接口通过USB电缆与计算机连接，功能模块的供电通过两块模块电源提供。 当适配器首次与计算机相连接时，需安装相应的驱动，其中USB集线控制器会自动安装驱动，而USB Serial Port口驱动需手动安装。
数字万用表的设计研究 ﻭ ﻭ目录ﻭ中文摘要...............................................................................................................1ﻭ前言.....................................................................................................................１ﻭ1数字万用表的原理构成和测量理论........................................................................１ﻭ1.１数字万用表的基本构成.................................................................................1ﻭ1.2数字万用表的测量理论.......................................................................................3ﻭ１.2。 1 测量理论..........................................................................................3ﻭ1。2． 2 直流电压测量电路..............................................................................4ﻭ1．2．３直流电流测量电路 (5) 1.2．４交流电压测量电路……………………………………………………………………6ﻭ１. 2.５交流电流测量电路……………………………………………………………………
【关键字】设计 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 V 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。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，表内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、准确度高尝试功能完善、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
：二极管的正向导通电压 hFE：三极管放大倍数 五、数字万用表的原理框图： DT830B万用表测量的基本量是直流电压，核心是由A/D转换器、显示电路等组成的基本量程数字电压表。其他被测信号需在仪表内部转换成直流电压再进行测量。其原理框图如图（1）： 输入 被测量 图（1）DT830B万用表的原理框图 六、数字万用表的整体设计： DT803B数字万用表的电路原理图如图(2)所示： 图(2) DT803B数字万用表的电路原理图 七、数字万用表的硬件设计： 1、硬件工作原理阐述： DT803B数字万用表中A/D转换器将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、及电阻等物理量变成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倍数。对交流电压进行检测时，必须先将被测输入信号作衰减，对它的检测过程与以上提到的电流电压的检测相同。衰减之后的交流电压还要进行精密整流，变成直流电压后才能进入A/D转换器。对直流电流的检测，必须事先将被测电流变成0～2V的直流电压，也就是实现I/V变换与衰减。衰减是由精密电阻构成的具有不同分流系数的分流器完成。至于对电阻的检测则是利用电流源在电阻上产生的压降。由于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。此时只需将得到的电压信号送到A/D转换器进行检测。 2、A/D转换原理： 双积分型A/D转换器ICL7106是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时
数字万用表设计性实验 赵龙宇 PB06005068 一、实验目的 1.掌握数字万用表的工作原理、组成和特性 2.掌握数字万用表的校准方法和使用方法 3.掌握分压及分流电路的连接和计算 4.了解整流滤波电路和过压过流保护电路的功用 二、实验仪器 1.DM-Ⅰ数字万用表设计性实验仪一台 2.三位半或四位半数字万用表一台 三、实验原理 1.数字万用表的特性 与指针式万用表相比较，数字万用表有如下优良特性： ⑴高准确度和高分辨力 三位半数字式电压表头的准确度为±0.5％，四位半的表头可达±0.03％，而指针式万用表中使用的磁电系表头的准确度通常仅为±2.5％。 分辨力即表头最低位上一个字所代表的被测量数值，它代表了仪表的灵敏度。通常三位半数字万用表的分辨力可达到电压0.1mV、电流（指电流强度，下同）0.1μA、电阻0.1Ω，远高于一般的指针式万用表。 ⑵电压表具有高的输入阻抗 电压表的输入阻抗越高，对被测电路影响越小，测量准确性也越高。 三位半数字万用表电压挡的输入阻抗一般为10MΩ，四位半的则大于100MΩ。而指针式万用表电压挡输入阻抗的典型值是20～100kΩ/V。 ⑶测量速率快 数字表的速率指每秒钟能完成测量并显示的次数，它主要取决于A/D转换的速率。三位半和四位半数字万用表的测量速率通常为每秒2～4次，高的可达每秒几十次。 ⑷自动判别极性 指针式万用表通常采用单向偏转的表头，被测量极性反向时指针会反打，极易损坏。而数字万用表能自动判别并显示被测量的极性，使用起来格外方便。
⑸全部测量实现数字式直读 指针式万用表尽管刻画了多条刻度线，也不能对所有挡进行直接读数，需要使用者进行换算、小数点定位，易出差错。特别是电阻挡的刻度，既反向读数（由大到小）又是非线性刻度，还要考虑挡的倍乘。而数字万用表则没有这些问题，换挡时小数点自动显示，所有测量挡都可以直接读数，不用换算、倍乘。 ⑹自动调零 由于采用了自动调零电路，数字万用表校准好以后使用时无需调校，比指针式万用表方便许多。 ⑺抗过载能力强 数字万用表具备比较完善的保护电路，具有较强的抗过压过流的能力。 当然，数字万用表也有一些弱点，如： ⑴测量时不象指针式仪表那样能清楚直观地观察到指针偏转的过程，在观察充放电等过程时不够方便。不过有些新型数字表增加了液晶显示条，能模拟指针偏转，弥补这一不足。 ⑵数字万用表的量程转换开关通常与电路板是一体的，触点容量小，耐压不很高，有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用旧以后换挡不可靠。 ⑶一般数字万用表的V/Ω挡公用一个表笔插孔，而A挡单独用一个插孔。使用时应注意根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错误或仪表损坏。 2.数字万用表的基本组成 图（1）数字万用表的基本组成 除了图（1）中的基本组成部分之外，数字万用表通常还有蜂鸣器电路、二极管检测电路、三 极管h FE 测量电路、低电压指示电路等（如DT830A型）。有的表还设有电容测量电路、温度测量电