基于单片机技术数字万用表的设计

论文总字数：17771字

摘 要

目前数字万用表在电子测量领域中占据一席之地，自数字万用表问世以来，在万用表的设计和功能方面，研究人员不断对其进行检测和维修，使得数字万用表不断更新换代。其次，单片机技术也被广泛应用在各行各业，基于单片机技术的数字万用表发展迅速。

本次设计以STC89C52RC单片机为控制核心制作一个数字万用表，可基本实现直流电压、直流电流和电阻的测量并且具有超量程报警功能，所测量的结果通过LCD1602液晶显示屏显示。系统由单片机最小系统、显示模块、模数转换模块、模拟量输入模块、按键模块、蜂鸣器报警模块以及测量直流电压、直流电流和电阻模块等组成。采用分压电阻、分流电阻对电压进行分压、对电流进行分流并根据基准电阻获得比较精确的直流电压值、直流电流值和电阻值。

关键词：数字万用表；单片机；模数转换；液晶屏显示；超量程报警

Abstract

Digital multimeters currently occupy a place in the field of electronic measurement. Since the advent of digital multimeters, researchers have continuously tested and repaired the design and functions of multimeters, which has continuously updated digital multimeters. Secondly, single-chip technology is also widely used in various industries, and digital multimeters based on single-chip technology are developing rapidly.

This design uses STC89C52RC microcontroller as the control core to make a digital multimeter, which can basically realize the measurement of DC voltage, DC current and resistance and has an over-range alarm function. The measured results are displayed on the LCD1602 liquid crystal display. The system is composed of the minimum system of the single chip microcomputer, the display module, the analog-to-digital conversion module, the analog input module, the button module, the buzzer alarm module, and the DC voltage, DC current, and resistance modules. A voltage divider resistor and a shunt resistor are used to divide the voltage and shunt the current and obtain a more accurate DC voltage value, DC current value and resistance value according to the reference resistance.

Keywords：Digital multimeter；Single chip microcomputer；Analog-to-digital conversion；LCD display; over-range alarm

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 引 言 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2国内外发展现状及趋势 1

1.3 主要研究内容与实现的功能 2

1.3.1 内容 2

1.3.2 功能 2

1.4 课题关键问题及难点 2

1.4.1 课题关键问题 2

1.4.2 难点 2

第二章 系统总体设计 3

2.1 设计步骤 3

2.2 设计方案 3

2.3 测量电路基本原理 4

2.3.1 电压测量原理 4

2.3.2 电流测量原理 5

2.3.3 电阻测量原理 5

2.4 本章小结 6

第三章 系统硬件设计 7

3.1 STC89C52RC单片机 7

3.1.1 简介 7

3.1.2 引脚功能 7

3.1.3 单片机最小系统 9

3.2 LCD1602液晶显示屏 10

3.2.1 主要技术参数 10

3.2.2 接口信号说明 10

3.3 ADC0832模数转换器 11

3.4 CD4051八选一模拟开关 12

3.5 按键电路设计 13

3.5.1 上下拉电阻 13

3.5.2 按键电路 13

3.6 蜂鸣器电路设计 14

3.7 本章小结 15

第四章 系统软件设计 16

4.1 主函数设计 16

4.2 子函数设计 17

4.2.1 LCD显示子函数 17

4.2.2 AD转换子函数 17

4.3 本章小结 18

第五章 系统调试 19

5.1 软件仿真 19

5.2 实物调试 20

5.2.1 电压测量调试 20

5.2.2 电流测量调试 22

5.2.3 电阻测量调试 23

5.2.4 误差分析 24

5.3 本章小结 25

第六章 结语 26

致谢 27

参考文献 28

附录 29

第一章 引 言

1.1 课题背景与意义

测量仪器中数字万用表必不可少，数字万用表英文简称为DMM，数字电压表英文简称为DVM，正是由于DVM的飞速发展，只可以测量电压的功能不能满足当今社会的发展，所以在DVM表头基础上加以拓展就成了DMM，不过DMM的本质还是DVM。作为一种使用广泛的电子测量仪器，不同于数字电压表只可以测量电压，数字万用表除基本功能可以实现交直流电压、交直流电流和电阻的测量，其他功能还可以进行电容、二极管和三极管的测试，在电子、电气等测量领域是必不可少的一种多功能仪器。

与指针式万用表相比，数字万用表具有更多的优点。指针式万用表在测试前需要调零^[1]；而数字万用表在测试前就不需要进行调零，可以直接测量。指针式万用表在不使用的时候，要将量程挡位旋转至交流电压最高挡，这样做是为了防止在不使用万用表时损坏仪器；而数字万用表直接关闭仪器开关即可。另外指针式万用表由于其功能比较简单、测量误差也比较大，而当今社会的发展离不开高精度的测量仪器，指针式万用表已被慢慢淘汰；而数字万用表测量误差比较小，且不像指针式万用表读取测量结果麻烦，数字万用表是数字显示，一眼就可以知道测量的结果，而且数字万用表比较稳定，抗干扰能力强，现已经广泛应用于测量领域。

基于以上优点，本课题设计一款应用单片机技术的数字万用表。目前应用单片机技术的产品越来越多，数字万用表应用单片机技术也已经成熟可靠，而且基于单片机的数字万用表结构简单、工作可靠、灵活性好且更智能，目前数字万用表已显示出强大的生命力在电子、电气等测量领域，所以在这些背景下，设计一种以单片机为基础的多功能数字万用表是很有意义的。

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