摘要
本文介绍了一种基于单片机技术的新型高精度数字式万用表，该设计采用STC公司生产的STC89C52微处理器作为整个设计的核心单元，通过施加外围电路来实现直流电压和直流电流的精确测量，该系统的设计思想是通过输入端电阻采集被测信号，由于采集到的电压、电流信号较弱需要经运算放大器对信号进行放大，本文采用LM124对采集到的信号进行放大，经放大处理后的信号为模拟信号不能直接被单片机识别，需要将采集到的模拟电压信号送到模数转换芯片 ADS1110 来进行 A/D 转化，最后将转换后的数字信号送到 MCU 进行数据处理并通过 液晶屏幕来显示被测值。本文对整个设计流程做了详细的阐述并制作了样机，实际测试表明该数字式电压电流表可以精确的测量直流电压，直流电流，理论设计精度可达到16位，显示精度达到0.0001，测试结果证明测试精度达到了设计要求。
[关键词]:数字万用表;原理;安装;调试;检验
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ABSTRACT
This article introduced a new digital voltmeter of high precision,which was basing on single-chip technic,the design adopted STC89C52 microprocessor produced by ATMEAL company as the core unit of the whole design,to reach the precisly measurement of volts d.c by putting peripheral circuit.,and the idea of the system was to gather the signal of the under measured volts through the inputing resister.As the volts signal gathered was very weak,it needed to be magnified,here the LM24 was used to do this. The magnified signal was taken as analog signal,which cannot be identified by single-chip,so the analog signal needed to be transferred to ADS1110 to get the A/D transferation,then the transferred signal would be conveyed to MCU for digtal processing and through LCD1602 to get the volum of the volts. The whole design process was described in details and sample was also made,and the actul test result showed this voltmeter was able to measure volts d.c very precisely,the volum can reach 0.0001,which can meet the requirement well.
[Key words]: digital multimeter;The principle of;The installation;debugging;inspection
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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
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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。
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(2)测量电路
测量电路是万用表的重要部分。正因为有了测量电路才使万用表成了多量程电流表、电压表、欧姆表的组合体。万用表测量电路主要由电阻、电容、转换开关和表头等部件组成。在测量实现对交流电量的测量。
(3)转换装置
它是用来选择测量项目和量限的，主要由转换开关、接线柱、旋钮、插孔等组成。转换开关是由固定触点和活动触点两大部分组成。通常将活动触点称为“刀”，固定触点称为“掷”。万用表的转换开关是多刀多掷的，而且各刀之间是联动的。转换开关的具体结构因万用表的不同型号而有差异。当转换开关转到某一位置时，可动触点就和某个固定触点闭合，从而接通相应的测量电路。
2.模拟万用表表盘
模拟万用表可以测量多种电量，具有多个量程的测量仪表，为此万用表表盘上都印有多条刻度线，并附有各种符号加以说明。
电流和电压的刻度线为均匀刻度线，欧姆档刻度线为非均匀刻度线。 不同电量用符号和文字加以区别。直流量用“一”或“DC”表示，交流量用“-”或“AC”表示，欧姆刻度线用“Ω”表示。
为便于读数，有的刻度线上有多组数字。
多数刻度线没有单位，为了便于在选择不同量程时使用。 1.1.2 数字万用表
数字万用表是采用集成电路模/数转换器和液晶显示器，将被测量的数值直接以数字形式显示出来的一种电子测量仪表。
1.数字万用表的组成
数字万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。为了能测量交流电压、电流、电阻、电容、二极管正向压降、晶体管放大系数等电量，必须增加相应的转换器，将被测电量转换成直流电压信号，再由A/D转换器转换成数字量，并以数字形式显示出来。它由功能转换器、A/D转换器、LCD显示器、电源和功能/量程转换开关等构成。常用的数字万用表显示数字位数有三位半、四位半和五位半之分。对应的数字显示最大值分别为1999，19999和199999，并由此构成不同型号的数字万用表。
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万用表的设计与制作(1)(1)
