（可编）量程自动转换数字万用表设计毕业论文.docx

量程自动转换数字万用表设计毕业论文目录1绪论 11.1国外研究进展 I1.2问题的提出 21.3研究的背景与意义 31.4主要实现的功能 31.5系统设计方案 41.6万用表的分辨率与精度 41.7数字万用表与智能仪器 51.8设计中重点解决的问题 62系统整体结构 72.1系统设计方框图 72.2系统设计方案 72.3量程自动转换功能的方案设计与论证 82.3.1方案设计 82.3.2方案论证 II3量程自动转换数字万用表的硬件电路设计 133.1 A/D转换电路 133.2草片机控制与显示电路 143.2.1華片机最小系统 153.2.2 LED显示电路设计 173・3障wgst成醤斯洛焉嚴 一 8 3・4 22 3・4・1濤币眯Da 23 3・5母區、母演探卷母蒂 24 4陣皿畧亦落牌书83B沖昏8停 26 4. 1 profiles夺顼H 26 4・2、序滋首 k2.一 Ussion4 弹辛 今 26 4・2•一 *澈叫牌# 26 4・2・2 ks.l Uviso-M为夺* 27 4・3井辛站牛燄範 3一 4.4 profiles ks.1 Uvi2.on4 拜云3*二験四 32 5伸成皿摆乖藩除书a3B沖沖浒養X 34 6祢諒 36 滝凝 38 部峠片舞 39 涇沖 S 3沖A -隣―母器弱 40 3沖 B〔壽，話 15V 茸&MS9 4_ 3沖C」濫陣洩M卻沐&>囹 3沖一二诫8勞左晶 421森莎1・1回淳主鴻阵>(1)回淬丰曲荫菖険一貝十仓容渉泗・回学导邕畔力迷供带冲1->泾潸専少怜-庠>2一障&W*- 回淬力舗力渉M怜昏渉混网湛1咯玄导準淅-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)及表面貼装技术(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，升发出相应的软件，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 戸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“史快、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户注重系 统集成，不仅着眼于单机，史注重系统、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2)国研究概况八十年代，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，效益滑坡先后经历了引进、发展、技术创新三个阶段20世纪70年代中期从 南韩购置DT830、DT890样机和散件进行研究，生产数量不大，由于国元器件满足不了要 求，加上模具、工艺等方面的差距，发展速度十分缓慢，与国外同类产品相比落后约15年 但同时高科技民营企业发展迅速，随着万用表工业的飞速发展，目前我国数字万用表的 产量已跃居世界首位，每年生产近千万台(块)中、低档数字万用表，并向100多个国家大量出口，占世界中、低档数字万用表总产量的85%以上在国数字万用表的生产厂家中， 胜利高电子科技是最早引进数字万用表生产技术的，所开发的胜利牌(VICTOR)数字万用 表不仅在国外的市场占有率高，而且享有很高的信誉华谊仪表也开发出一批具有较高 水平的智能数字万用表新产品但目前，我国听需高档数字万用表仍以进口产品为主近年来大家都在枳扱转变观念，通过不断深化改革，调整企业结构、产品結构，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迎展。

另外，通过科技攻关、联合开发、 合资合作和引进技术消化吸收国产化等多种形式，使中国仪器仪表行业部分中高档主导 产品缩小了与国际先进水平的差距，井形成生产能力一批国有、集体、民营、三资企 业和科研院所通过市场竞争*在行业中脱颖而出，并显现出良好发展势头和后劲，已形 成主导、核心力量1.2问题的提出自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、体枳小巧、 携带方便等优点成为现代测量中不可缺少的仪器目前的数字万用表虽然具有很高的英 敏度和准确度，但仍存在不足之处，主要表现在以下几个方面：(1) 没有实现自动化测量最突出的问题是在使用中需要经常旋转功能/量程转换升关， 操作不便，测量速度慢2) 经常被损坏数字万用表被烧毁的主要原因是操作者误操作例如：测量电压的时候， 误将功能转换升关置于电阻档或置于电流档等发生这些情况时，数字万用表很容易被 损坏虽然在数字万用表电路中增加了保护电路，但保护电路只对误测较低电压有效，当 误测较高电压时，一些测量电路和保护电路将同时被烧毁。

而以各种数字万用表使用说 明书中均强调不要用数字万用表电阻档测量电压，否则将损坏仪表，但因数字万用表本 身对误测缺乏严格的防措施，此种现象时有发生3) 触点接触不艮功能/量程选择升关属于机械升关、在测量过程中需要人工转动，其弹当酉庭汨（1/V將导骂寸a蟹草侄淋钻再聲耳回喜碾韓毋•喫耳套雁当酉是汨（I/V财#骂寸&罢軍任韓牯初田耳啊喜冊醱毋•兩耳喜陇事3其凝警峯9 .【風卒叩 译图前為册秋啊者崙淑陇摩主治淑爆丄冬* •黑衫国6翦品丄#準国女古卷网44祁 幸甚秘，（聲&、寸&、画& ） 3鲁喉裁蛰峯H暑留弟冠套喜冊針華HY^ •割套 毒隴切呼鲜寺繁鲨甘，母喜屛殳言書喉歸堀隋但冃鶉箫学留女上喜前言書但诺千餌44混睪但啊匯下蓄玉"IW辜券密驻华专卷啊丁约虫心国季孕田女古辱砰华纳缕均国牌即卒而软聞学衫辛国潘 里滸丄心，X寧圣诳国诺季阜音孕由女圭骚啊中甥岛蟹—坡啊蚤孚警下*舟陣也，長恭宴母喜箫但辫伸仞将射异"话停莓皐笔田•软辛；机供彩仞孕国女上分彩钊心 ，小其旋孕留女士喜傅田導者弟衬希啊宇軒弃冊瑕那評/鄭言孕田女圭喜牌切爵但士 冲富女士暮的韓轅伊冃參套，羽E4年由WW但冃孕由女圭骚蟹苗，宥希寮融仞 话俾科砂陳密害低券宇绪白耳擧倒顷備妹。

香岬田举牌次」隼首風卒田浙利队■牌 米崙剥隧酔/#剥曜丄堡暴’书群孕田女古潺物射切•器衫啊6翦岛丄洛国女七潺 弟，锅啊的菇察轻冃冠雲v呼金鳳，W邙胡童导亲爵里呼主挑《蟹、去為里雑、專孙H 画Y并留型喜汲、如丑&喜喉当酉仞蜘狄幣"5■丄君’孕田女圭胜餌針蛰但冃汙套X窶可答離情峯也•[竈成W途麴分诩箫潟段可準辫呆呆夢44部言覃一剥謔布宜斯玄玉靜19丟世加季温’劉丄为蜘彰喜 隧孕田女出潺麝皆嘆士勢密鲜柴切年妝胃葢經洛暮逆庄七呻出歌、W嘘韓@9胃葢由A/I)将模拟量转换为数字量，采用AT89C51单片机和程序实现量程自动转换功能， 并将确定量程后测量出的数值直观显示到LEI)如图1.1所示LED功能选择电流/电阻 转换电路 ►PGA ►A，D ►CPU—t图1.1量程自动转换数字万用表系统设计方案1.6万用表的分辨率与精度(1) 分辨率分辨率也称英:敏度，指数字万用表测量结果的最小量化单位，即可以看到被测信的 微小变化时列如：如果数字万用表在4V困的分辨率是ImV,那么在测量IV的信号时，你就 可以看到ImV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。

一个3位半的表、后三位可以显示三个从0到9的全数字位，前一位只显示一个半位 (显示1或显示0),即3位半的数字表可以达到1999字的分辨率；一块4位半的数字万用 表可以达到19999字的分辨率用字来描述数字表的分辨率比用位数描述要好现在的 4位半数字万用表的分辨率已经提高到32000或50000字32000字的数字万用表为某 些测量提供了史好的分辨率例如，一个19999字的表，在测量大于200V的电压时，你不 可能显示到0. IV而32000字的数字万用表在測320伏特的电压时，仍可显示到0. IV在本设计中，根据设计结果，在测量IV的信号时，就可以看到0.0IV的微小变化 即本数字万用表在5V困的分辨率是0. 01V2) 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. OV 时，实际的电压可能会在99V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 可能会标为土(1%十2)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之间模拟表(或指针万用表)的精度是按全量程的误差来计算的，而不是按显示 的读数来计算指针万用表的典型精度是全量程的2%或3%数字万用表的典型基本 精度在读数的(0.7%+1)和(0.1%+1)之间，甚至更高1.7数字万用表与智能仪器(1) 智能仪器简介智能仪器就是将智能的理论、方法和技术应用于仪器中，使其具有智能功能、智能 特性的仪器为了有效地实现智能功能、智能特性，该类仪器在一級情况下，都会使用微 处理器或者数字信号处理器、专用集成电路，其部均有很强处理能力的智能软件系统， 拥有对数据的存储运算逻辑判断及自动化操作等功能智能仪器是计算机技术与测量技 术及仪器仪表技术相结合的产物它具有传统仪器无法比拟的优点，在测量精度、速度、 可靠性方面有了根本，性的改变智能仪器广泛应用于测量、控制、通信、医学仪器以及 科学研究等各个方面微处理器是智能仪器的核心，智能仪器的结构除了包含微处理器 以外，还有存储器RAM ROM和键盘、显示器及其它接口装置2) 数字万用表与智能仪器的关系经设计的数字万用表采用微处理器(AT89C51)为核心•并针对其设计了特定的程 序，能墙实现对数据的逻辑判断及自动化操作功能。

所以本设计的数字万用表属于智能仪器的畴1.8设计中重点解决的问题本设计重点解决的问题是如何实现自动转换量程的功能，如何将直流电流量转换为直流电压量，如何将电阻值转换为直流电压量，如何选取而用的芯片，如何设计程序2系统整体结构2.1系统设。