健雄职业技术学院毕业设计（论文）
引 言
数字万用表亦称数字多用表,简称DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用表功能单精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片的数字万用表，精度高、抗干扰能力强，可扩展尾强、集成方便，目前，由各种单片机芯片构成的数字电万用表，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，显示出强大的生命力。
万用表具有以下几点特点：
1）．显示清晰直观，计数准确 2）．显示位数 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
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成林：基于单片机的数字万用表
第一章. 数字万用表设计背景
在本章中主要介绍了系统的设计原则和总体方案及系统概述等。
1.1数字万用表的设计目的和意义
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。
1.2 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，能够测量交、直流电压值，直流电流、直流电阻，四位数码显示。实现多级量程的直流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v和500v.实现多级量程的交流电压测量，其量程范围是200mv、2v ,20v,200v和500v.实现多级量程的直流电流测量，其量程范围是2mA ，20mA，200mA、2A和20A.实现多级量程的电阻测量，其量程范围是200、2k ,20k,200k和2M。”以及电容测量电路。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、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。
1.3数字万用表设计重点解决的问题
本设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。
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第二章. 数字万用表总体设计方案
2.1数字万用表的基本原理
数字万用表的基本功能是能够测量交直流电压，交直流电流，还有能够测量电阻，数字万用表的基本组成见图2.1。
图2.1数字万用表的基本组成
下面我们分别介绍各个部分的组成： 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(
312)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
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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) 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2.2所示，U0为电压表头的量程(如200mV)，r为其内阻(如10M?)，r1、r2为分压电阻，U10为扩展后的量程。
图2.2分压电路原理 图2.3多量程分压器原理
由于r>>r2，所以分压比为
U0r?2Ui0r1?r2 扩展后的量程为
Ui0?r1?r2
U0r2
多量程分压器原理电路见图2.3，5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3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程，但在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2.4所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。
图2.4 使用分压电路
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