吉林建筑大学课程设计终稿高教成教

吉林建筑大学城建学院 课 程 设 计 报 告题目名称 院（系） 课程名称 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 起止日期 成 绩 试题和教育摘 要 本文介绍的是数字万用表的发展背景和利用单片机，A/D转换芯片结合的方法设计一个数字万用表。它的具体功能是：测量直流电压5V挡和50V挡，测量电阻1k欧姆，10k欧姆，100k欧姆，1M欧姆，测量电流。单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术集成了具有数据处理能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断处理)的微处理器(CPU)。随着单片机技术的飞速发展，各种单片机蜂拥而至，单片机技术已成为一个国家现代化科技水平的重要标志。本课程设计的课题是“数字万用表的设计”。主要考核我们对单片机技术，编程能力等方面的情况。观察独立分析、设计单片机的能力，以及实际编程技能。本课程设计主要解决电阻、交直流电流、交直流电压的测量，被测量最后都是以电压的形式送入AD进行测量的、A/D转换、数据处理及显示控制等六个模块。控制系统采用STC89C52单片机，A/D转换采用ADC0804,显示部分用1602液晶。 关键字：数字万用表 A/D转换与控制 ADC0804 单片机 试题和教育ABSTRACTThis article introduced a digital watch million in the development of the background and the use of a monolithic integrated circuits, the conversion of a way d chip design a number of schedule. its function is a dc voltage 5v , to measure the gear and 50v, measured in ohm. resistance 1k 10k the ohm, the ohm, 100k 1m ohms, the current monolithic integrated circuits. a computer chip, technical integration VLSI a data processing capability as (arithmetic, logic and data, network interrupt handling) microprocessor (cpu) monolithic integrated circuits. as technology evolved. monolithic integrated circuits to monolithic integrated circuits technology has become a modern country level of technology. this course of the important issue of digital design a million in the design of the monolithic integrated circuits. the main examination in our ability in technical and programmatic.Programming ability to observe the situation. an independent analysis, designing monolithic integrated circuits, and practical skills in programming. this course is designed mainly to solve the current, voltage, stc89c52 monolithic integrated circuits, the use of ADC0804 that was liquid crystal. keyword ： Digital universal meter AD changs and controls ADC0804 试题和教育目 录摘要 1ABSTRACT 2第1章 绪论41.1万用表的发展历史4第2章 万用表的介绍，方案选择5 21 万用表的功能介绍52.2 万用表的方案选择6第3章 万用表的功能原理与设计83.1 万用表的功能原理83.2 万用表的软件设计12第4章 万用表的安装与调试134.1 安装调试13结论16致谢 17参考文献 18附录 第1章 绪论1.1 万用表的发展历史数字万用表是经过历史慢慢发展来的。早期的万用表，使用磁石偏转指针的表盘，与经典的电流计相同；现代则采用LCD或VFD（真空萤光显示器，Vacuum fluorescent display）提供的数字显示。模拟万用表在二手市场上不难找到，但它不太精确，这是因为调零和从仪表面板上准确的读数都容易产生偏差。有的模拟万用表，使用真空管来放大输入的信号，这种设计的万用表也被称为真空管伏特计（VTVM，Vacuum Tube Volt Meters）或真空管万用表（VTMM，Vacuum Tube Multimeters）。第二章万用表的功能介绍2.1 数字万用表简介 数字万用表采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量转变为不连续的数字量，加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域，提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求，即为了实时控制及数据处理的需要；另一方面，也是电子计算机的发展，带动了脉冲数字电路技术的进步，为数字化仪表的出现提供了条件。所以，数字化测量仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的；同时，为革新电子测量中的繁琐和陈旧方式也催促了它的飞速发展，如今，它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。如今，数字万用表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式万用表。因为传统的模拟指针式万用表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错。而采用单片机的数字万用表由于测量精度高，速度快，读数时也非常的方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量，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。目前实现万用数字化测量的方法仍然模-数（A/D）转换的方法。而数字万用表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法。而常用的分类方法有如下几种：按用途来分：有直流数字万用表，交、直流数字万用表，交直流万用表等。按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。按测量速度来分：有低速，中速，高速，超高速等。 在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字万用表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式万用表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子测量仪表。 2.2 数字万用表设计的两种方案介绍 选择设计数字万用表有多种的设计方法，方案是多种多样的，由于大规模集成电路数字芯片的高速发展，各种数字芯片品种多样，导致对模拟数据的采集部分的不一致性，进而又使对数据的处理及显示的方式的多样性。又由于在现实的工作生活中，万用表的测量范围是比较大的，所以必须对输入信号进行衰减，而各个数据处理芯片的处理电压范围不同，则各种方案的分段也不同。下面介绍两种数字万用表的设计方案。2.2.1 由数字电路及芯片构造A/D这种设计方案是由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。此方案设计其优点是，设计成本低，能够满足一般的电压测量。但设计不灵活，都是采用纯硬件电路。很难将其在原有的基础上进行扩展。2.2.1由单片机系统及AD转换芯片构造这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出来。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电量的值。最后单片机系统将计算好了的被测电量值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难与在原基础上进行功能扩展等不足。根据上述，我选择单片机与A/D转换芯片结合的方法实现本设计。使用的基本元器件是：STC89C51单片机，TLC2543模数转换芯片，LM339电压比较器，CD4051模拟开关，1602液晶显示器，开关，按键，电容，电阻，晶振，标准电源等等。第三章 万用表的功能原理 3.1 DT83B数字万用表原理图3.2系统的软件设计第四章万用表的安装与调试4.1制作要求 了解数字万用表特点和发展趋势。 熟悉万用表装配技术的基本工艺过程。认识液晶显示器件。 根据技术指标测试数字万用表的主要参数。 安装制作一台数字万用表。4.1.1 DT830B数字万用表的特点和工作原理DT830B型便携式3位半数字万用表是常用的数字式检测仪表。（1）主要特点图一 万用表技术成熟 主电路采用典型数字表集成电路ICL7106，久经考验、性能稳定可靠。性价比高 由于技术成熟、应用广泛而产生的规模效益使产品价格低到需要者皆可拥有。且具有精度高、输入电阻大、读数直观、功能齐全、体积小巧等优点。结构合理 采用单板结构，集成电路TCL7106采用COB封装。只要有一般电子装配技术即可成功组装。（2）工作原理集成电路ICL7106的技术资料可查阅有关资料。有关3位半数字万用表的工作原理，请参见童诗白教授所编模拟电子技术基础（第二版）（高等教育出版社，p716737。）4.2 DT830B数字万用表的安装工艺 DT830B数字万用表由机壳塑料件（包括上下盖、旋纽）、印制板部件（包括插口）、液晶屏及表笔等组成，组装能否成功的关键是装配印制板部件。，整机安装过程如下：（1）印制板的装配 印制板是双面板，板的A面是焊接面，中间圆形印制铜导线是万用表的功能、量程转换开关电路，如果被划伤或有污迹，对整机的性能会影响很大，必须小心加以保护。安装步骤:a.安装电阻、电容、二极管等。安装电阻、电容、二极管时，如果安装孔距8mm（例如R8/R9/R*/R21等，丝印图画“一”或电阻符号），可进行卧式安装，如果孔距5mm、应进行立式安装（板上其它电阻、丝印图画“O”）。b.一般额定功率在1/4w以下的电阻可贴板安装，立装电阻和电容元件与PCB板的距离一般为03mm。c.安装电位器、三极管插座。三极管插座装在A面，而且应使定位凸点与外壳对准、在B面焊接。d.安装保险座、插座、R0、弹簧。焊接点时，注意焊接时间要足够但不能太长。e.安装电池线。电池线由B面穿到A面再插入焊孔，在B面焊接。红线接+，黑线接。(2)液晶屏组件安装 液晶屏组件由液晶片、支架、导电胶条组成。 液晶片镜面为正面（显示字符），白色面为背面，透明条上可见条状引线为引出线，通过导电胶条与印制板上镀金印制导线实现电连接。由于这种连接靠表面接触导电，因此导电面被污染或接触不良都会引起电路故障，表现为显示缺笔划或显示乱字符。因此安装时务必要保持清洁并仔细对准引线位置。支架是固定液晶片和导电胶条的支撑，通过支架上面的5个爪与印制板固定，并由四角及中间的3个凸点定位。安装步骤：a.将液晶片放入支架，支架爪向上，液晶片镜面向下。b.安放导电胶条 。导电胶条的中间是导电体，安放时必须小心保护，用镊子轻轻夹持并准确放置。c.将液晶屏组件安装到PCB板上。将液晶屏组件放到平整的台面上，注意保护液晶面，准备好印制板。印制板A面向上，将4个安装孔和1个槽对准液晶屏组件的相应安装爪。均匀施力将液晶屏组件插入印制板。d.安装好液晶屏组件的印制板。(3)、 组装转换开关 转换开关由塑壳和簧片组成。用镊子将簧片装到塑壳内，注意两个簧片位置不对称。(4)、总装a.安装转换开关/前盖。b.将弹簧/滚珠依次装入转换开关两侧的孔里。c.将转换开关用左手托起。d.右手拿前盖板对准孔位。e.将转换开关贴放到前盖相应位置。f.左手按住转换开关，双手翻转使面板向下，将装好的印制板组件对准前盖位置，装入机壳，注意对准螺孔和转换开关轴定位孔。g.安装两个螺钉，固定转换开关，务必拧紧。h.安装保险管（0.2A）。i.安装电池。j.贴屏蔽膜 。将屏蔽膜上的保护纸揭去，露出不干胶面，贴到后盖内。结论本系统预计完成任务书的所有内容，如下：1. 测量对象、范围及误差范围： 电压 DC：020V 误差4%2个字 AC:0.220V （正弦信号）误差5%2个字 电流 DC：0500mA 误差2%2个字 电阻 0200K 误差3%2个字2. 采用LED数码显示，分辨率优于0.05%，具有符号辨别和过程量显示3. 直流电压档最小输入阻抗1M.4. 具有自动量程转换功能。 由于条件和时间有限，设计里并未将数字智能万用表做的很复杂。在学校环境下，库元件不够齐全，导致器件选型受到限制，如没有后背元件，直接影响设备的成功率和失败率，在实际设计中可以采用了简单德的半波整理电路，对交流信号的精确会有一定影响。总体来讲，整个设计正能算是一个简易万用表，如若作为应用，方案仍需改进致谢本报告在写作中得到了郑伟南老师，陈莹老师的大力指导，并为我指导谜津。帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。陈老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对陆老师的感激之情是无法用言语表达的。感谢郑伟南老师、陈莹老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。参考文献1吴金戌、沈庆阳、郭庭吉8051单片机实践与应用M.北京：清华大学出版社，20022杨立、邓振杰、荆淑霞微型计算机原理与接口技术M.中国铁道出版社，20063高峰，单片微型计算机与接口技术M.北京：科学出版社，2003；4华成英、童诗白主编，模拟电子技术基础（第四版）M.高等教育出版社，20065阎石，数字电子技术基础M.高等教育出版社，1983年6张永瑞电子测量技术M.西安电子科技大学出版社，2000年3月7黄海萍、陈用昌编微机原理与接口技术实验指导M.北京：国防工业出版8 赵继文.传感器与应用电路设计M.北京：科学出版社，20029 郁有文.传感器原理及工程应用M.西安：西安电子科技大学出版社，200110 周乐挺.传感器与检测技术M.北京：机械工业出版社，200511 范晶彦.传感器与检测技术应用M.北京:机械工业出版社，2005附录