摘要本次設(shè)計(jì)用單片機(jī)芯片AT89s52設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表，能夠測(cè)量交、直流電壓值、直流電流、直流電阻以及電容，四位數(shù)碼顯示。此系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、電容測(cè)試芯片電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障，本電路使用了AD0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片，單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，顯示芯片用TEC6122，驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管顯示。程序每執(zhí)行周期耗時(shí)縮到最短，這樣保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。關(guān)鍵詞：數(shù)字萬用表；AT89S52單片機(jī)；AD轉(zhuǎn)換與控制目錄TOC\o"1-2"\h\z\u28861緒論 126878一、數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)背景 39918（一）數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)目的和意義 321224（二）數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù) 321335二、數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案 425523（一）數(shù)字萬用表的基本原理 423639（二）數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架圖 46451（三）硬件電路設(shè)計(jì)方案及選用芯片介紹 517016（四）數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì) 1827276三、系統(tǒng)軟件與流程圖 2731833（一）電路功能模塊 271985（二）系統(tǒng)總流程圖 2717996（三）物理量采集處理流程 2916085（四）電壓測(cè)量過程流程圖 3030068（五）電流的測(cè)量過程流程圖 3131449（六）電阻的測(cè)量過程流程圖 324367（七）電容測(cè)量過程流程圖 3319174結(jié)論 3410763參考文獻(xiàn) 3530756致謝 36緒論數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表,簡稱DMM(DigtialMultimeter)。它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式萬用表功能單精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片的數(shù)字萬用表，精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展尾強(qiáng)、集成方便，目前，由各種單片機(jī)芯片構(gòu)成的數(shù)字電萬用表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。數(shù)字萬用表具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：1．顯示清晰直觀，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確為了提高觀察的清晰度，新型的手持式數(shù)字用用表（HDMM）已普遍采用字高為26mm的大屏幕LCD（液晶顯示器）。有些數(shù)字萬用表還增加了背光源，以便于夜間觀察讀數(shù)。2．顯示位數(shù)數(shù)字萬用表的顯示位數(shù)通常為3位半到8位半。3．準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的綜合。它表示測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度，也反映了測(cè)量誤差的大小，準(zhǔn)確度愈高，測(cè)量誤差愈小。數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)優(yōu)于指針萬用表。4．分辨力高數(shù)字萬用表在最低電壓量程上末位1個(gè)字所代表的電壓值，稱作儀表的分辨力，宏觀世界反映了儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。5．測(cè)試功能強(qiáng)數(shù)字萬用表不公可以測(cè)量直流電壓（DCV）、交流電壓（ACV）、直流電流（DCA）、交流電流（ACA）、電阻（Ω）、二極管正向壓降（Uf）、等等。新型數(shù)字萬用表大多增加了下述測(cè)試功能：讀數(shù)保持（HOLD）、邏輯（LOGIC）測(cè)試等等。6．測(cè)量范圍寬數(shù)字萬用表可滿足常規(guī)電子測(cè)量的需要。智能數(shù)字萬用表的測(cè)量范圍更寬。7．測(cè)量速率快數(shù)字萬用表在每秒鐘內(nèi)對(duì)被測(cè)電壓的測(cè)量次數(shù)叫測(cè)量速率，單位是“次/秒”。它主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。一般數(shù)字萬用表的測(cè)量速率為2～5次/秒。有的能達(dá)到20次/秒以上，另有的一些比這個(gè)還要高得多。數(shù)字萬用表可滿足不同用戶對(duì)測(cè)量速率的需要。8．輸入阻抗高數(shù)字萬用表電壓擋具有很高的輸入阻抗，通常為10~10000MΩ，從被測(cè)電路上吸取的電流小，不會(huì)影響被測(cè)信號(hào)源的工作狀態(tài)，能減小由信號(hào)源內(nèi)阻引起的測(cè)量誤差。9．集成度高，微功耗新型數(shù)字萬用表普遍采用CMOS大規(guī)模集成電路的A/D轉(zhuǎn)換器，整機(jī)功耗很低，3位半，4位半手持式數(shù)字萬用表的整機(jī)功耗僅幾十毫瓦，可用9V疊層電池供電。10．保護(hù)功能完善，抗干擾能力強(qiáng)數(shù)字萬用表具有比較完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)，新型數(shù)字萬用表還增加了高壓保護(hù)器件，能防止浪涌電壓。本設(shè)計(jì)就是基于這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)字萬用表。該設(shè)備具有直觀簡單的優(yōu)點(diǎn)。并且能深入的說明萬用表的測(cè)量原理。能直觀的了解萬用表各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和測(cè)試原則。一、數(shù)字萬用表設(shè)計(jì)背景在本章中主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和總體方案及系統(tǒng)概述等。（一）數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)目的和意義數(shù)字萬用表是當(dāng)前電子、電工、儀器、儀表和測(cè)量領(lǐng)域大量使用的一種基本測(cè)量，已被廣泛應(yīng)用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。隨著時(shí)代科技的進(jìn)步，數(shù)字萬用表的功能越來越強(qiáng)大，把電量及非電量的測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。（二）數(shù)字萬用表的設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)數(shù)字萬用表的原理，結(jié)合以下的設(shè)計(jì)要求：“設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表，能夠測(cè)量交、直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位數(shù)碼顯示。實(shí)現(xiàn)多級(jí)量程的直流電壓測(cè)量，其量程范圍是200mv、2v、20v、200v和500v。實(shí)現(xiàn)多級(jí)量程的交流電壓測(cè)量，其量程范圍是200mv、2v、20v、200v和500v。實(shí)現(xiàn)多級(jí)量程的直流電流測(cè)量，其量程范圍是2mA

、20mA、200mA、2A和20A。實(shí)現(xiàn)多級(jí)量程的電阻測(cè)量，其量程范圍是2k、20k、200k和2M?！币约半娙轀y(cè)量電路。由此設(shè)想出以下的解決方法，即數(shù)字萬用表的系統(tǒng)由分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻、電容測(cè)試芯片電路、51單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示部分、報(bào)警部分、AD轉(zhuǎn)換和控制部分組成。為使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，使系統(tǒng)整體精度得以保障。二、數(shù)字萬用表總體設(shè)計(jì)方案（一）數(shù)字萬用表的基本原理數(shù)字萬用表的基本功能是能夠測(cè)量交直流電壓，交直流電流，還有能夠測(cè)量電阻，數(shù)字萬用表的基本組成見圖2.1。圖2.1數(shù)字萬用表的基本組成（二）數(shù)字萬用表的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架圖如下圖2.2所示，本萬用表由以下幾部分功能組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、被測(cè)量顯示、超限報(bào)警、ADC使能控制。復(fù)位電路用來清零，進(jìn)行下一次的測(cè)量；震蕩電路用來消除一些外來干擾，使電路工作更加穩(wěn)定ADC輸入則是將輸入量進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；測(cè)量顯示就是顯示測(cè)量的數(shù)值；超限報(bào)警部分則是用作當(dāng)測(cè)量量超出量程范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)，以便提醒用戶更改大量程；ADC使能控制則用來對(duì)輸入量進(jìn)行控制，允許輸入或者不允許。復(fù)位電路震蕩電路復(fù)位電路震蕩電路ADC輸入被測(cè)量顯示超限報(bào)警ADC使能控制89s52圖2.2總體電路設(shè)計(jì)原理圖（三）硬件電路設(shè)計(jì)方案及選用芯片介紹1．設(shè)計(jì)方案用單片機(jī)AT89S52與ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字萬用表，配合分流電阻、分壓電阻、基準(zhǔn)電阻可以測(cè)量交、直流電壓值，直流電流、直流電阻，四位數(shù)碼顯示。實(shí)現(xiàn)四級(jí)量程的直流電壓測(cè)量，其量程范圍是2v、20v、200v和500v。實(shí)現(xiàn)四級(jí)量程的交流電壓測(cè)量，其量程范圍是2v、20v、200v和500v。實(shí)現(xiàn)四級(jí)量程的直流電流測(cè)量，其量程范圍是2mA

、20mA、200mA和2A。實(shí)現(xiàn)四級(jí)量程的電阻測(cè)量，其量程范圍是2k、20k、200k和2M，并且有超出量程的情況發(fā)生時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。2．芯片選擇及功能簡介（1）AT89S52芯片功能特性描述AT89S52引腳框圖：圖2.3AT89S52芯片引腳圖AT89S52主要性能：1）與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容2）8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器3）1000次擦寫周期4）全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器6）32個(gè)可編程I/O口線7）三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8）八個(gè)中斷源9）全雙工UART串行通道10）低功耗空閑和掉電模式l1）掉電后中斷可喚醒l2）看門狗定時(shí)器13）雙數(shù)據(jù)指針l4）掉電標(biāo)識(shí)符方框圖：圖2.4AT89S52內(nèi)部框圖功能特性描述：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。VCC：電源GND：地P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。表2.1P1口的第二功能P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。表2.2P3口的第二功能RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。Flash編程―并行模式：AT89S52帶有用作編程的片上Flash存儲(chǔ)器陣列。編程接口需要一個(gè)高電壓（12V）編程使能信號(hào)，并且兼容常規(guī)的第三方Flash或EPROM編程器。AT89S52程序存儲(chǔ)陣列采用字節(jié)式編程。（2）ADC0809介紹ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。1)ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖2.5ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)上圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。2)引腳結(jié)構(gòu)圖2.6ADC0809引腳結(jié)構(gòu)圖IN0－IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。表2.3地址輸入線的通道選擇CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ，VREF（＋），VREF（－）為參考電壓輸入。ADC0809應(yīng)用說明：a）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。b）初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。c）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。d）在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。e）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。f）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。（3）TEC6122簡述概述1)TEC6122共陰極8X8段LED數(shù)碼管（8X8點(diǎn)陣）顯示驅(qū)動(dòng)電路是全定制專用集成電路。該電路由開機(jī)自清電路、振蕩電路、位掃描驅(qū)動(dòng)電路、8X8bit移位寄存器電路、8X8bit數(shù)據(jù)鎖存器電路、段多路選擇器驅(qū)動(dòng)電路組成。它可與各種型號(hào)的微處理器串行口或并行口interface,專供驅(qū)動(dòng)8位X8段共陰極LED數(shù)碼管（8X8LED點(diǎn)陣）。2)特點(diǎn)工作電壓：+4V~+6V位掃描驅(qū)動(dòng)電流≥80mA（VDD=+5V）段掃描驅(qū)動(dòng)電流≥10mA（VDD=+5V）可驅(qū)動(dòng)高彩色LED管可通過N個(gè)TEC6122級(jí)聯(lián)實(shí)行NX8位LED顯示管腳間距2.54mm,標(biāo)準(zhǔn)24pin窄塑封雙列直插封裝3)位掃描共陰極LED顯示原理位掃描共陰極LED顯示原理圖及位掃描波形如附圖。位掃描信號(hào)接―S1，―S2，……，―S8順序依次出現(xiàn)，循環(huán)反復(fù)。―S1顯示第一位（個(gè)位），―S2顯示第二位（十位），依次地―S8顯示第八位（千萬位）。要顯示的段碼A，B，……，DP是由S1∽S8依次分別選通送出，S1送A1，B1，……，DP1，顯個(gè)位，其它位不顯示。同樣地S8送出A8，B8，……，DP8，顯千萬位，其它位不顯示，這就是位掃描共陰極LED顯示原理。表2.4字符段碼表字形ABCDEFGDP16進(jìn)制代碼（無小數(shù)點(diǎn)）16進(jìn)制代碼（有小數(shù)點(diǎn)）011111100FCHFDH10110000060H61H211011010DAHDBH311110010F2HF3H40110011066H67H510110110B6HB7H610111110BEHBFH711100000E0HE1H811111110FEHFFH911110110F6HF7HA11101110EEHEFHB001111103EH3FHC100111009CH9CHD011110107AH7BHE100111109EH9FHF100011108EH8FHP11001110CEHCFHH011011106EH6FH不顯示0000000000H01H4)邏輯簡要說明圖2.7TEC6122邏輯圖加電自清電路：片內(nèi)加電自清電路使8X8bit段移位寄存器,8X8Bit段數(shù)據(jù)鎖存器，振蕩時(shí)鐘分頻電路清“0”，清“0”期間LED不顯示，開機(jī)自清后LED顯示“0”。振蕩電路，位掃描驅(qū)動(dòng)電路：振蕩電路是RC振蕩器,R在電路內(nèi)部，只需外加電容470PF到GND(地)就構(gòu)成RC振蕩器，振蕩脈沖經(jīng)分頻組合成―S1∽―S8位掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)。―S1驅(qū)動(dòng)第一位(個(gè)位）,……,―S8驅(qū)動(dòng)第八位（千萬位）。―S1∽―S8是開路輸出，LED是這它的負(fù)載。―S1∽―S8輸出受OEN控制，OEN=1，允許輸出，OEN=0，―S1∽―S8輸出為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。8X8bit串行移位寄存器：8X8bit串行移位寄存器SI為數(shù)據(jù)輸入，SO為數(shù)據(jù)輸出，SCP為移位脈沖。送入串行移位寄存器中的數(shù)是A，B，……，DP段數(shù)據(jù)，不是BCD碼數(shù)據(jù)。每次送入8bit段碼數(shù)據(jù)A、B、C、D、E、F、G、DP,DP是最低位，最先送入。A是高位，最后送入。移入串行移位寄存器中的段碼數(shù)據(jù)最先進(jìn)入的是第一位（十進(jìn)制個(gè)位），……，最后進(jìn)入的是第八位（十進(jìn)制千萬位），上述這種約定，是用戶編程時(shí)必須遵循的。段數(shù)據(jù)鎖存器，多路選擇器，段驅(qū)動(dòng)器：移入8X8bit串行移位寄存器中的段碼數(shù)據(jù)在LCP打入鎖存器脈沖作用下，鎖存到8X8bit段數(shù)據(jù)鎖存器。數(shù)據(jù)鎖存器中的段碼經(jīng)多路選擇器，―S1時(shí)送第一位（個(gè)位）A1,B1,……,DP1，段碼顯示;依次地,S8送第8位（千萬位）A8，B8，……，DP8，段碼顯示。段碼A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP輸出受OEN控制，OEN=1，允許輸出。OEN=0，禁止輸出，A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，DP為高阻狀態(tài)（三態(tài)）。⑤引腳信號(hào)及功能說明：SI：串行數(shù)據(jù)輸入。輸入數(shù)據(jù)由微處理器（計(jì)算機(jī)）程序給出。SCP：串行移位脈沖。移位脈沖個(gè)數(shù)由微處理器（計(jì)算機(jī)）程序控制。SO：8X8bit串行移位寄存器數(shù)據(jù)輸出。SO接下一個(gè)TEC6122電路的SI，可擴(kuò)展N個(gè)TEC6122電路。LCP：把8X8bit串行移位寄存器中的數(shù)鎖存到8X8bit段數(shù)據(jù)鎖存器打入脈沖，高電平有效。打入數(shù)據(jù)鎖存器的目的是上一個(gè)數(shù)據(jù)的顯示和下一個(gè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備（移位）可同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)也可防止數(shù)據(jù)移位過程中顯示數(shù)據(jù)的亂閃爍。實(shí)際使用過程中LCP連接有二種方法：A、通常的辦法是把LCP直接連到TEC6122的電源VDD上（因LCP=1,總選通，數(shù)據(jù)移位太慢，數(shù)據(jù)移位過程被顯示了出來，數(shù)據(jù)可能會(huì)亂閃爍）。B、用一個(gè)單片機(jī)端口驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)移位前，LCP=0,數(shù)據(jù)移位完成，發(fā)LCP脈沖，把串行移位寄存器中的數(shù)并行打入數(shù)據(jù)鎖存器顯示。多片級(jí)連使用時(shí)，ＬCP可做片選信號(hào)使用。數(shù)據(jù)移位前，LCP=0,數(shù)據(jù)移位完成，發(fā)LCP脈沖，把串行移位寄存器中的數(shù)并行打入數(shù)據(jù)鎖存器顯示。OEN：輸出允許信號(hào)，高電平有效。OEN=1，允許位掃描信號(hào)一S1∽一S8輸出，允許段A，B，……，DP輸出。OEN=0，一S1∽一S8為高阻狀態(tài)（三態(tài)），A，B，……，DP為高組狀態(tài)（三態(tài)）。OEN的二種使用方法同LCP。A，B，……。DP：段輸出信號(hào)，開路輸出，LED做負(fù)載。―S1―S8：位掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)，―S1是第一位（十進(jìn)制個(gè)位），―S2是第二位（十進(jìn)制十位），……，―S8是第8位（十進(jìn)制千萬位）。OSC：振蕩電路輸入端。微處理器產(chǎn)生的移位脈沖與顯示掃描信號(hào)―S1∽―S8是異步工作的。微處理器的任務(wù)是把要顯示的數(shù)據(jù)移入8X8bit串行移位寄存器，然后打入8X8bit數(shù)據(jù)鎖存器，后面就由―S1∽―S8控制顯示。振蕩電路是一個(gè)R·C振蕩器。R做在電路內(nèi)部，OSC外接電容約470PF到GND（地）構(gòu)成R·C振蕩器。振蕩器只供顯示掃描用，頻率大小要求不是太嚴(yán)格，只要LED顯示不要出現(xiàn)閃爍即可，通常―S1∽―S8頻率為1KHz~2KHz。（四）數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計(jì)1.分模塊詳述系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方法（1）電源部分由于高壓交流電會(huì)對(duì)弱電系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而電池之類的電源又存在維護(hù)不方便和電壓電流衰減等的缺點(diǎn)，所以本次設(shè)計(jì)采用外部穩(wěn)壓電源供電，這里選用普通12V500MA輸出的交流穩(wěn)壓電源輸入，該電池容量大，電壓衰減影響比較小，輸出穩(wěn)定，電路如下圖。圖2.8電源電路在圖2.8的電路里穩(wěn)壓器7805的壓降是2.5V，偏移電流是6mA，我們需要的電壓是5V，電路提供的電壓是9V，則電阻承擔(dān)的電壓為1.5V，由此得R=U/I=(9-5-2.5)V/6mA=200歐姆（2）輸入端圖2.9萬用表正表筆輸入端電路被測(cè)量的量的輸入端經(jīng)過表筆流經(jīng)保險(xiǎn)絲，這樣做是為了起到保護(hù)作用,防止過壓過流而燒壞元器件后面接2個(gè)二極管。（3）分流電阻圖2.10分流電阻電路如上圖，使用有一定規(guī)律的R8~R12電阻組合構(gòu)成精密的電阻分流器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電流的目的，即20A的電流一律衰減到200MA.通過測(cè)量參考電壓經(jīng)過計(jì)算得到實(shí)際的電流值。（4）分壓電阻圖2.11分壓電阻電路如上圖，使用有一定規(guī)律的R2~R6電阻組合構(gòu)成精密的電阻分壓器，能夠?qū)崿F(xiàn)分流大電壓的目的，即0~500V的電壓一律衰減到200mV以下，通過測(cè)量參考電壓經(jīng)過計(jì)算得到實(shí)際的電壓值。（5）基準(zhǔn)電阻圖2.12基準(zhǔn)電阻電路測(cè)量電阻與測(cè)量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數(shù)字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測(cè)量，因此，它比起指針萬用表的電阻測(cè)量來具有非常準(zhǔn)確的精度，而且耗電很小，上圖示中所配置的一組電阻就叫“基準(zhǔn)電阻”，就是通過切換各個(gè)接點(diǎn)得到不同的基準(zhǔn)電阻值，再由AD0809的參考電壓Vref與被測(cè)電阻上得到的電壓V測(cè)進(jìn)行“比例讀數(shù)”，當(dāng)兩者電壓相等時(shí)，顯示就是V測(cè)/Vref*500=500，按照需要再由AD0809控制轉(zhuǎn)換送AT89C52控制點(diǎn)亮LED屏幕上的小數(shù)點(diǎn)，就可以直接讀出被測(cè)電阻的阻值來了。在產(chǎn)品數(shù)字萬用表中，為了節(jié)省成本和簡化電路，測(cè)量電流的分流電阻和測(cè)量電壓的分壓電阻以及測(cè)量電阻的基準(zhǔn)電阻往往就是同一組電阻。（6）交直流處理電路圖2.13交直流處理電路通過該電路達(dá)到控制交直流的目的，并且通過調(diào)節(jié)可變電阻又可以有效地減少電壓的損耗。（7）ADC部分圖2.14ADC0809轉(zhuǎn)換電路由于ADC0809的參考電壓VREF＝VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實(shí)際顯示的電壓值(D/256*VREF)（8）報(bào)警部分圖2.15報(bào)警電路當(dāng)檢測(cè)到被測(cè)量超出預(yù)定的值蜂鳴器發(fā)出“嘀”聲。具體的實(shí)現(xiàn)過程是單片機(jī)P3.3腳輸出高電平，使得Q1導(dǎo)通。使得LS1對(duì)地導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出響聲。（9）單片機(jī)最小系統(tǒng)圖2.16單片機(jī)最小系統(tǒng)電路本次設(shè)計(jì)采用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，配以RC上電復(fù)位電路和11.0592MHZ震蕩電路，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。P0口做為ADC0809的數(shù)據(jù)總線，P2.4、P2.5、P2.6作為顯示芯片的SPI總線輸出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2作為ADC0809的控制線。同時(shí)p1.0-p1.7作為8255的信號(hào)輸入端，使單片機(jī)能檢測(cè)到所測(cè)量的物理量和量程。（10）顯示電路圖2.17顯示電路采用SPI總線LED驅(qū)動(dòng)器TEC6122驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管，使得整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間最快，顯示精度更高。采用4合1數(shù)碼管，減少PCB表面走線提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。（11）量程選擇控制電路圖2.18物理量量程選擇電路通過8255的控制與傳輸，使單片機(jī)就檢測(cè)到所測(cè)量的物理量及其量程。（12）開關(guān)電路圖2.28開關(guān)電路如上圖，類似于常用的萬用表開關(guān)，可以根據(jù)需要手動(dòng)轉(zhuǎn)換測(cè)量量的量程，根據(jù)所需要測(cè)量的量選擇合適的量程。2．?dāng)?shù)字萬用表控制硬件整體結(jié)構(gòu)圖電路原理圖（見附錄一）3．電路的工作過程描述此工作當(dāng)然是要求在正確的程序都寫入了各個(gè)芯片中才能完成工作，如上圖3.12所示，當(dāng)開關(guān)要測(cè)量電壓、電流或者電阻時(shí)，則根據(jù)不同的量程需要分別選擇不同的量程開關(guān)，于便得到最準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。AT89s52的P0口做為ADC0809的數(shù)據(jù)總線，P2.4、P2.5、P2.6作為顯示芯片的SPI總線輸出。P1.0、P1.1、P1.2、P3.2作為ADC0809的控制線。ADC0809將測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的量之后由所給程序控制輸出，再送到顯示芯片顯示。顯示芯片根據(jù)顯示程序顯示內(nèi)容。本設(shè)計(jì)的原來要求是4位數(shù)碼顯示，但考慮到芯片TEC6122是驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼顯示的，所以上面圖中數(shù)碼管TYP2不接上也是滿足設(shè)計(jì)要求的，接上去只是滿足芯片的8位驅(qū)動(dòng)。三、系統(tǒng)軟件與流程圖在系統(tǒng)軟件與流程圖里主要論述了，軟件結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計(jì)等。（一）電路功能模塊由總體設(shè)計(jì)框圖3.1，本萬用表由以下幾部分功能模塊組成，復(fù)位電路、震蕩電路、ADC輸入、ADC使能控制、被測(cè)量顯示、超限報(bào)警、等電路組成。程序中的子程序功能模塊主要分成3個(gè)，延時(shí)、ADC轉(zhuǎn)換、和顯示，延時(shí)子程序在整個(gè)程序中多次被調(diào)用，ADC轉(zhuǎn)換則是每次測(cè)量都會(huì)需要用到的，當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，ADC0809將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制數(shù)發(fā)給單片機(jī)然后單片機(jī)根據(jù)軟件協(xié)議送顯示，顯示子程序則包括一個(gè)8位字節(jié)的發(fā)送程序和一個(gè)TEC6122的驅(qū)動(dòng)程序。復(fù)位電路震蕩電路復(fù)位電路震蕩電路ADC輸入被測(cè)量顯示超限報(bào)警ADC使能控制89s52圖3.1功能模塊設(shè)計(jì)框圖（二）系統(tǒng)總流程圖開始系統(tǒng)初始化開始系統(tǒng)初始化LED初始化P3.1=1？使能A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)接收數(shù)據(jù)P3.2=1？轉(zhuǎn)換結(jié)果送LED顯示超限否？結(jié)束報(bào)警YNYNYN圖3.2系統(tǒng)總流程圖（三）物理量采集處理流程圖3.3物理量采集處理流程（四）