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1、数字多用仪表的设计摘要随着大规模集成电路的发展，最近几十年，单片机发展极为迅速，在测量领域，电子测量仪表也在随之迅速发展，基于单片机开发的测量仪表，测量精准度高而且性价比也极高，广泛应用于工业生产、社会生活的方方面面。本论文设计了一个基于单片机8051的数字多用表，这种数字多用表由A/D转换模块、数据处理模块、显示模块、复位电路模块构成。输入信号输入到A/D转换模块，被转换为能够被单片机识别和处理的信号，之后在数据处理模块被单片机处理，然后处理为可以被显示模块接收的新号，在LED上进行显示。复位电路模块作用是清零，然后进行下一次的测量。本论文设计的数字多用表具有体积小、功耗低、功能多、测量准等
2、优点，是电气测量中的常用仪器之一。它操作十分简单，能用来测量电压、电流、电阻，一表多用。关键词：数字多用表;单片机8OC51;A/D转换器;LED显示ThedesignofdigitalmultimeterAbstractWiththedevelopmentoflarge-scaleintegratedcircuits,inrecentdecades,MCUdevelopmentisveryrapid,inthefieldofmeasurement,electronicmeasuringinstrumentsalsodeveloprapidly.Themeasuringinstrumentba
3、sedonMCUdevelopment,measurementprecisionishighandthepriceisveryhigh.Itiswidelyusedinindustrialproductionandsociallife.Thispaperdesignsadigitalmultimetermeterbasedonsinglechipmicrocomputer8051.ThisdigitalmultimetemeteriscomposedofA/Dconversionmodule,dataprocessingmodule,displaymoduleandresetcircuitmo
4、dule.InputsignalinputtotheA/Dconversionmodule,isconvertedtobemicrocontrolleridentifyanddealwiththesignal.Afterinthedataprocessingmodulebythemonolithicintegratedcircuitprocessing,andprocessingcanbeusedtodisplaymoduletoreceivethenewnumber,intheLEDdisplay.Theresetcircuitmoduleisclearedandthenthenextmea
5、surementisperformed.Thispaperdesignsthedigitalmultimetermeterwithsmallsize,lowpowerconsumption,multimeter-function,andquasimeasurement,andsoon,isoneofthecommonlyusedinstrumentsinelectricalmeasurement.Itisverysimpleoperation,canbeusedtomeasurethevoltage,current,resistance,atablemorethan.Keywords：MCU8
6、051;Digitalmultimeter;A/Dconverter;LEDdisplay1绪论11.1 数字多用表简介11.2 数字多用表设计的目的11.3 设计中重难点内容22数字多用表方案设计22.1 数字多用表工作原理22.2 数字多用表的硬件电路设计总体框架图32.3 数字多用表的硬件电路设计32.3.1 电阻测量电路和电阻测量的原理52.3.2 电压测量电路和电压测量原理82.3.3 电流测量电路和电流测量原理92.3.4 1.ED显示112.3.5 单片机芯片80C51112.3.6 A/D转换器ADC0808132.3.7 锁存器74LS373162.4 数字多用表的软件设计1
7、72.4.1 主程序流程图172.4.2 软件程序182.4.3 物理采样及处理流程183虚拟仿真183.1 虚拟仿真简介183.2 Keiluvision4软件简介183.3 Proteus软件简介193.4 仿真203.5 结果分析204结论21致谢22参考文献23附录251绪论1.1 数字多用表简介数字多用表是电气测量中一种常用的仪器，也叫综合电量表。它将电子技术、电气化技术以及电子测量技术结合在一起，能一表多用，测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、电阻等等，在现代生产生活中都能被广泛运用。数字多用表的作用在于能在生产生活的各个方面产生促进作用，工业生产更是离不开它，而现在正进行
8、的将数字多用表与计算机自动控制系统结合起来的发展研究正如火如荼，这对于数字多用表不仅仅在性能还在于使用的方便都会产生巨大的推动，对于未来数字多用表的发展，我们可以预料到是一片美好。数字多用表有着很多优点，因而被广泛运用。随着集成电路的发展，数字多用表的精度越来越高，而随之而来的是体积的减小和功耗的降低，以及成本的大大降低。相比于其他测量仪表，数字多用表准确度更高，测量范围更宽，测量速率更快，抗干扰能力更强，使用也更加方便快捷。然而，虽然相比于其他测量仪表，数字多用表具有更高的灵敏度和准确度，但仍然有不足的地方，需要改进。如数字多用表的测量是断续的，不能观察到测量数据的变化过程趋势，还有数字多用
9、表不能实现自动化测量，需要手动转换量程，会发生因为错换量程导致测量范围超出量程损坏数字多用表的错误操作，而随着计算机的发展，计算机控制取代手动控制已经成为发展趋势，传统老式数字多用表和先进的计算机控制必将结合起来克服传统老式数字多用表的缺点，实现数字多用表的智能化。1.2 数字多用表设计的目的当前，数字多用表因其功能特性被广泛应用于各工业生产、电力电子、测量领域，随着科学技术的发展进步，数字多用表必将和更加先进的技术结合在一起进行自我进化，使其功能更加完善，测量更加精准、操作更加方便，进一步更好的为科学进步提供支持，因而我们必须不断发动智慧设计改进数字多用表，设计出更多更好用，功能更加强大的数
10、字多用表，为科学研究提供器材。随着我国工业实力不断发展，我国自主研发的数字多用表的性能也越来越强,但是相比于国外的数字多用表，自主研发的数字多用表还是有这不足之处，这也必将成为激起我们奋发努力的决心，不断开拓不断研究，总结，提出更有创新思维的设计，我国正走在高速发展的道路上，工业发展迫切的需要更加精密的仪器来满足需要，然而一味的依赖于科学仪器的进口，容易被外国卡主发展的咽喉，设计的目的在于不断改善现有的仪器的水平，以满足进步的工业发展所需。1.3 设计中重难点内容本次设计重难点在于对不同量程内容和量程的转换，其次是要保证设计中各部分的电路能够组合成为一个功能完整的数字多用表，最后的问题在于对于
11、软件程序的设计，不仅仅要保正软件程序的可行性还要保证软件设计的正确性。传统的数字多用表使用时需要手动切换量程，不仅操作不方便，还要求要注意测量不能超过量程，麻烦无比。一旦忘记切换量程或者测量超出范围，会导致很大的测量误差甚至于毁坏数字多用表，因此在此次设计中利用开关选择测量内容，保证在测量范围内。此次设计使用了A/D转换器，因而要将A/D转换器转换的数值由整数转换为带小数点的字符形式，从而在LED上正确显示。当然在设计途中，在keiluvision4的程序仿真时就会遇到无法调试出想要的程序源文件，在写程序时就要注意不仅仅要对还要准，也许有时候就是一个字符写错了，就导致整个程序无法编译运行，得出
12、结果，认真，细心，写完之后重复检查很重要。本课题中采用集成多路模拟开关、模数转换和运算放大器设计了数字多用表量程自动切换技术，通过单片机检测和软件编程可实现数字多用表量程的自动转换。它具有结构简单、体积小、动作快、驱动电流小、操作方便等优点。2数字多用表方案设计2.1 数字多用表工作原理本次论文的数字多用表是基于单片机8OC51实现的。首先，我们需要将数字多用表的硬件电路图设计好，将数字多用表的软件程序写好，然后在Proteus软件中将数字多用表的硬件电路图描绘出来，在Keil软件中进行数字多用表的软件编程，并对程序源文件进行编译、调试，确保能生成.hex的文件。这个.hex文件是硬件电路能完
13、美运行的源代码来源。将.hex文件加载到80C51单片机芯片上，最后在Proteus软件环境中运行硬件电路，然后数字多用表就可以正常工作2.2 数字多用表的硬件电路设计总体框架图如下图1所示，本次论文设计的数字多用表主要由以下几个部分构成：，A/D转换模块、数据处理模块、显示模块、复位电路模块。输入信号输入到A/D转换模块，被转换为能够被单片机识别和处理的信号，之后在数据处理模块被单片机处理，然后处理为可以被显示模块接收的新号，在LED上进行显示。复位电路模块作用是清零，然后进行下一次的测量。根据框架图来将设计所需硬件有机的连接在一起，做出一个完整功能的数字多用表。图1总体电路设计组成原理图（
14、框图）2.3 数字多用表的硬件电路设计Z：86383885888388 fcu图2数字多用表的主电路图数字多用表硬件主电路图如上图所示，图中所使用的单片机为80C51,通过线选的方式扩展了A/D转换器ADC0808和4位LED数码管的功能，80C51的P2.7引脚是转换器ADCO808的片选信号,所以得到的A/D转换的地址是7FFFH。片选信号在和WR信号一起经过了或非门产生了能让ADC0808识别并启动的信号START和地址锁存信号ALEo片选信号在和RD信号一起经过了或非门产生了能被锁存器74LS373识别的输出允许信号OE,当OE=I时,锁存器74LS373的选通三态门会将输出锁存器中产
15、生的转换结果送入到数据总线。A/D转换器的EOC信号在经过反相之后再将其接到80C51的INTl引脚上面，以产生能让A/D转换完成后中断的信号。将ADCo808芯片的3个模拟量输入地址输入端A、B、C分别接80C51的PO.0、Po.1、P0.2,因此往端口地址OCOooH写入数据OOH07H,就可以启动模拟量输入通道07进行A/D转换。ADC0808的额定参考电压为正5V和OV,时钟输入为2MHZo80C51的P2.0引脚是锁存器74LS373的片选信号，经过了或非门及反相器的片选信号和WR信号再接到锁存器74LS374的CLK端口，所以得到的显示器的地址为OFEFFH,单片机的P1.4P1
16、.7引脚是LED的数位选择，显示的时候要先将数据写入锁存器，再数位选择以此点亮相应的数码管。80C51的P1.0P1.2引脚是通过转换开关接地的方式通过判断P1.0P1.2的电平高低来决定是否要进行电压、电阻、电流的测量。2.3.1 电阻测量电路和电阻测量的原理231.1、 电阻测量电路如下图所示为数字多用表的电阻测量电路。运算放大器的反馈电阻RX给定为待测量的电阻，然后通过100O。的电阻与R19一起接到电源-5V。假定运算放大器是理想运算放大器，那么有RV=5V*RxR19,把RV产生的模拟信号传输到A/D转换器ADCO808上，转换为数字信号DV=RV*255/5。80C51在读取数字信
17、号后再经过逆运算得到Rx=DV*R19/255,此时计算出来的Rx的值是一个2进制数，数码管显示的是十进制的数字，所以我们需要将二进制的数转换为十进制的数。软件程序采用的是连续进行4次除10,依次得到4个数字，得到的电阻测量范围是在O-100O欧姆，误差不超过2欧姆。要改进电阻测量的范围需要修改图中R19的值，或者改进电路设计。数字多用表的电阻测:输入电路图图3数字多用表的电阻测量图231.2、 电阻测量原理在电压不变的情况下，如果回路电阻增加一倍，则电流减少为一半。根据这个原理，可以用万用表的表头来测量电阻值。其测量原理如图1所示。把欧姆档的+、-表笔短接，此时流过表头的电流最大，调节限流电
18、阻RD使表指针指到满刻度，断开两表笔短接，接上被测电阻则电流下降，其指示值即为被测电阻的阻值,但欧姆刻度是不等分的倒刻度。当被测电阻等于欧姆表的RXI档的综合内阻时,指针指在表盘的中心位置。所以该中心阻值叫做欧姆表的表盘中心刻度阻值。故电阻测量时各档的中心阻值，等于表盘中心刻度阻值乘该档的倍率。图1电阻测量电路数字万用表最早采取的是恒流法，再配合运算放大器来实现。/V转换。而现在大多采用比例法来测量电阻，这样可降低基准电压的要求。其工作原理如图2所示。图中被测电阻RX与基准电阻Ro串联后接在稳压管ZD与IN-之间。ZD与UR即相通。利用稳压管ZD提供测量基准电压，向RX和R。提供测试电流I。R
19、O上的压降Vro兼作基准电压，RX上的压降VRX作为输入电压有关系式：工女=冬=丝4%仇舄当Rx=RO时显示值为1000,RX=2%时显示满量程。Rx=Ui.Uref*RoZDRs图4电阻测量原理图由A/D转换器的原理可以知道，数字多D“2用表显示的是Uin与Urfe的比值。当Uin=Urfe时显示的“1000”，当Uin=0.5Urfe时显示“500”,UlN=MUrfe时显示的是“n*100O”。同理电阻也是如此，Rx=n*Ro时显示“n*I(X)0，这是学科中一种叫做等比例读数特性的方法。由此知道，选取不同房Vref+Vref-IN+A/D 转换及数字 表头标准电阻，适当地对小数点进行定
20、位，得到的就是不同的广电阻测量档，按自己的设计需求采用不同的量程，这就是N-图5电阻原理图量程的选择。如图是电阻原理示意图。!一2.3.2电压测量电路和电压测量原理2.321、电压测量电路如图所示为数字多用表电压测量电路图。图中低频滤波器只能通过低频，可以滤过高频信号，经过低通滤波器滤除高频干扰的待测电压再通过同相放大器送往转换器，由模拟信号转换为数字信号，电压测量范围为O到5伏，A/D转换器ADC0808是8位分辨率，测量的误差为5/222约等于0.02伏。图6数字多用表电压测量输入电路图232.2、电压测量原理在数字电压表头前面多加电阻作为分压电路， 这样可以扩展电压测量的量程。如图所示，
21、Uo为电 压表的量程，r为内阻，门、n是分压电阻，Uoi为加 入分压电路后扩展得到的新的量程。在计算中，由 于内阻r远远小于r2,则有U0Ui0=r2(rl+r2), 最终得到新的量程是UiO= (rlr2)r2*U0oU、_RlR2RRi200mV900k20V90k 200V9k 2000VoOIN+数字电压表头JLiNRSIkT图9使用分压电路图图8多量程分压器原理图如果电表要加入多个量程，则如图所示不同档位对应的r不一样，只需要滑动划片，就可以改变数字电压表的分压电阻的阻值大小，由Uio=rl+r2)r2*U0,进而计算不同量程所需要的阻值，实际设计时可以先确定不同量程带入计算出不同档
22、位的电阻对应值，在选着需要的电阻替入图中的电阻，这样就实现了电压表的多量程的设计与转换。233电流测量电路和电流测量原理233.1、电流测量电路如图所示为数字多用表的电流测量输入电路。电流测量的范围在ImA到100mA,由于我们设计中的AD转换器件ADeO808是电压转换器件，那么我们需要首先将电流转换为电压，这样才能够被AD转换器转换，进行测量。电流转换为电压是可以通过串接一个电阻RL来实现，但是这里的电阻RL必须很小，不能产生太大的电流数值，否者会产生太大的误差。在设计中用到的测量电流和RL都很小，加在它两端的电压也是很小，AD转换器无法识别，因此我们必须首先将其放大，以满足AD转换器的识
23、别要求。图10数字多用表的电流测量输入电路图假定待测电流为I,RL两端的节点电压分别是VA和VB,经过反向放大缓冲电路之后之后的VA变成VC,它们的关系是VC=-VAo然后VA和VB要经过差分反向放大，得到的VD=(VBVA)*R29R27=(VA-VB)*R29R27=I*RL*R29R27,VD再经过同相放大电路得到AV=VD*(1+R32R30)=I*RL*R29R27*(1+R32R30)=I*0.1*35,。然后将得到的AV再送给AD转换器ADC0808进行模拟信号转换为数字信号为：DAV=AV*255/5=1*0.1*352*255/5=1*0.1*89760/5。单片机8051能
24、读取A/D转换的数据，再经过逆向运算可得到I=DAV*5/(0.1*89760)但是有两点要注意，由于电流的单位是mA,因此我们不能直接计算出电流I的值，应该首先将I先变换为I=DAV*50000/89760再进行计算；其次这样计算出的电流存在较大的误差，根本原因在于LM324并不是理想的运算放大器，输入信号很小时会产生比较大的误差。因此我们需要对最终得出的计算数值进行修正，具体的方法是要先计算DAV*50000,然后减去102000,再将结果除以89760,这样比较精确，而102000这个数值是通过反复测试并经过曲线拟合得到的。2.332电流测量原理根据欧姆定律，需要串联一个电阻将电流转换为
25、电压然后进行测量。如图,可得到电压Ui=Ii*R./?数字电压表头动片2200 P A900图11电流测量原理当电流表需要多量程的时候，我们需 要和前面电压表多量程类似，如图将分流 电阻串联起来，当选择不同的接口时，连 入电路的电阻阻值不同，进而导致电阻阻 值不同，测量的量程也会不一样。20mAo2mA 90U、& IN+数字电压表头Ry N0.9 RA当需要设计一个多量程电流表的时-1候，我们需要首先计算最大量程最大电流图13实用分流器时所需要的分流电阻，然后计算出各个量程最大电流所需要的分流电阻，然后依次相减，这样得到的就是如图中的各个电阻的阻值。图中还纯在一组两个反向连接且和分流电阻并联
26、的二极管，这是为了保护电路，当输入电压过大时，保护数字表不会被损坏。2.3.4LED显示发光二极管LED是单片机应用系统中的一种简单而且常用的输出设备，通常用于指示机器的状态或其他信息，优点是便宜、使用时间长、能耗低，使用条件要求低，容易实现显示等，在单片机应用系统中获得广泛应用。发光二极管的点亮有2种方法：一种是静态一种是动态。1.ED静态驱动的方法就是给要点亮的LED通入恒定的定流。这种方法要求更多的逻辑器件，更复杂的电路设计，更高昂的设计成本，一旦还需要增加显示数位的时候，需要的器件会更多，电路要求会更加复杂多变，成本也会大幅度增加1.ED动态驱动的方法就是给要点亮的LED通入脉冲电流,
27、这个时候LED的亮度是断断续续的亮度的平均，尽管不是同时点亮，但是由于人体视觉和数码管的余辉作用，人眼看到的就是常亮。为了保证LED亮度能被观察，要保证通过的脉冲电流足够大。利用动态驱动可以减少电路设计和器件成本，因此单片机应用系统常常采用的就是动态驱动。235、单片机芯片80C51本次论文设计采用的是80C51单片机做为数据处理模块的核心芯片，对信号进行识别与处理。对A/D转换后得到的数字信号进行处理工作。80C51单片机是在MCS-518为单片机基础上开发的，集成度很高，分为有无片内ROM两种。8051单片机在存储器上采用了哈福结构，也就是程序存储器和数据存储器都是独立的。单片机8051芯
28、片包含有：中央处理器CPU、内部数据存储器RAM、外部程序存储器ROM4个8位的并行I/O接口，每个都可以输入或者输出、2个8051或者3个8052定时器/计数器、内部中断系统具有5个中断源2个优先级的嵌套中断结构、一个串行接口用于异步接收发送器以及内部时钟。基本组成如下图。8051内部结构8051时钟并行1/0口Itgg据线址线制线数总地总控总单片机内部结构如下图，中央处理器CPU又分为运算器和控制器，运算器的作用是用来进行算数计算，而控制器是用来协调单片机内部各个部件之间的关系，然后对外部发出信息。运算器的核心是ALU算数逻辑单元，在加上累加器,暂存寄存器、程序状态寄存器等等一起构成了运算
29、器。ALU是用来进行二进制的计算，累加器是8位寄存器，用来进行累加。程序状态寄存器是用来进行存放一些计算的结果。控制器的功能是对各个指令进行译码，然后再不同时候发出不同的信号，来协调内部各个期间之间的工作。计出十地让8畿冲器JJ寄存用I运算器中M.率行口 定时期遂他定时和 m 投制逻线寄存器Q. g4城校mt+1DPTR8位 内部总线OSCltln-foPlO-H7P3Ln180C51芯片的引脚如图14所示。引脚功能介绍如下:U2 XTALI-AL2RST2930PSEbJ ALE EA23,0123456711111111PpppppppPO.O/ADO PO.1AD1 PO.2AD2 PO
30、.3AD3 PO.4/AD4 PO.5AD5 PO.AD PO.7,AD7P2.OA8 R2.1A9P2.2A1 OP2.3A1 1P2.4A12 P2.5A1 3 P2.6A14 P2.7A1 5P3.ORD P3.1TD P3.2iNTOP3.3INT1P3.4-O P3.5T1P3.RP3.7RD393332212223242530051图1480C5l引脚图XTALl和XTAL2：在使用单片机内部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容；使用外部时钟时们用来输入外部时钟脉冲。RST：RST是复位信号输入端。当这个输端保持2个机器周期即24个振荡周期的高电平时，完成复位工作。PS
31、EN,它是外部存储器ROM选通信号，在读取到外部外部ROM的信号时会使PSEN有效（低电平），而在读取外部数据存储器RAM和内部RoM的时候，旃而无效。ALE：ALE是锁存控制信号，ALE用于控制把PO口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。但要注意，只要外接有存储器，则ALE端输出的就不再是连续的周期脉冲信号了。丽：访问外部的程序存储器控制信号。当丽信号为低时，只读取外部存储器而不管是否有内部存储器的；当丽信号为高时，读取是从内部存储器开始,当程序计算器PC值大于OFFFH（对于8051单片机）时，会自动延迟至外部程序存储器。2.3.6 、A/D转换器ADCo8
32、08常见的物理量都是幅值变化的模拟信号，数字仪表不能识别，所以我们需要应用AD转换器将模拟信号转换为可以被数字仪表识别的数字信号，然后进行显示识别。数字信号在计算机中通常用有限位的二进制数表示，由于数字信号是由。和1两种数字表示物理状态，因此它抵抗干扰能力要远远强于模拟信号，为了直观的读出信号数值，选定A/D转换器转换为数字信号后经过译码就能被数码管显示读取。本次论文设计主要采用的是8位的转换器ADC0808.ADC0808是采样分辨率为8位的，以逐次逼近原理进行模数转换的器件。ADCO808的误差为正负ILSB,时钟信号应该由外部提供。每个通道的转换时间约为100usoADC0808芯片的分
33、辨率为8位，转换时间为100us,转换误差为正负1/2-ILSB,模拟输入范围为0到正5伏，数字输出电平为TTL电平，需要外部时钟，工作电压为单电源正5伏，基准电压为VREF+WVCC、Vref+20.ADC0808芯片引脚如图15所示。UI26INOCLOCKXIN1STARTIN2INIQ匚CC102728672IINotzkJLIN4IN5OUT1IKlOClITO3214205IINOUUI/M7ClITQ1925IIN(kJUIOOUT4ADDAOUT5ADDBOUT6ADDCOUT7aI匚Cl18824152322141712MLtZVREF(一)：VREF(+)为基准电源的正端，
34、VREF(一)为基准电源的负端。CLOCK：时钟输入信号，最高允许为640KHz。START：启动脉冲输入端口。START收到上升沿脉冲的时候，复位,所有内部寄存器清0;START收到上升沿脉冲的时候，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START一定要保持低电平。EOC：转换结束信号。EOC=O,正在进行转换，EOC=I,转换结束。D7DO：数字量输出端。DO是最低位，D7是最高位。OE：输出允许信号输出端口，当OE=O时，输出数据线呈高电阻状态；OE=I,输出转换得到的数据。在ADC0808与单片机8051连接电路中，采用线选法规定其端口地址，用单片机的P2.7引脚作为片选信号，因此端口
35、地址为7FFFHo片选信号和WR信号一起经过或非门产生ADC0808的启动信号START和地址锁存信号ALE;片选信号和RD信号一起经过或非门产生ADC0808的EOC信号经过反向后接到8051的INTl引脚，用来产生转换完成的中断请求信号。ADC0808芯片的3位模拟量输入通道地址码输入端A、B、C分别接到8051的Po.0、PO.1和P0.2,故只要向端口地址7FFFH分别写入数据00H-07H,即启动模拟量输入通道07进行A/D转换。2.3.7 锁存器74LS373锁存器是一种对脉冲十分敏感的存储器件，它们可以在特定脉冲下改变。锁存，就是把信号保持在某一种状态不发生变化。锁存器的最大用处
36、是用来缓存想要缓存的信号，其次是能够解决器件之间的不同步的问题，然后是是能够着力解决了驱动，最后是解决输出输入在同一个端口进行。锁存器利用信号控制数据输入，它分为带不带使能控制两种锁存器。锁存器芯片引脚如图=F=DO l D2D3 D4 D5D6 D7QO Qi74LS373引脚注释：D0D7:数据输入端。OE：三态允许控制端。1.E：锁存允许端Q0Q7:数据输出端。74LS373是带有三态门的八D锁存器，当使能信号线OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许Q1Q8输出可用来驱动负载或总线;当OE端为高电平时,输出三态门断开，输出线Q1-Q8处于浮空状态呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载
37、，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mVo2.4数字多用表的软件设计2.4.1 主程序流程图2.4.2 软件程序数字多用表汇编程序详细见附录A2.4.3 物理采样及处理流程图17物理采样及处理流程图3虚拟仿真3.1 虚拟仿真简介虚拟仿真是一种新的基于单片机应用技术，使用虚拟的手段进行仿真，在电路图和软件的设计的时候就能对自己的设计就行可行性判断，以此来进行修改，确保能成功完成设计。如果不可行，还可以通过改变已经选择的器件来修改电路图，这样
38、就不需要多次购买元器件及制作印刷电路板，节省了设计时间和经费，提高了设计效率与质量。3.2 Keiluvision4软件简介单片机的开发中除需要硬件电路外，同样也需要软件程序，本次设计的数字多用表的软件程序是在Keiluvision4中进行编程的。Keiluvision4是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它很多公司的不同的芯片，甚至ARM,它能够进软件的编辑，编译，仿真，它的编译器、调试工具能够实现和ARM器件的最完美的匹配，它的界面样式简介友好，易学易用，在调试软件程序的时候，软件在纠错方面也有很好的作用。因此很多学生做设计都喜欢使用这款软件。最新的Keiluvision4IDE的
39、设计旨在简化操作，使使用者能够更快掌握方法,更好的使用软件进行仿真。KeikIViSion4界面窗口比以前更加简洁清晰，设计也有了很大的改变，比如能够任意拖动窗口。KeikJViSion4在3的基础上进行了新的尝试，增加了很多功能，如多显示器任意拖动；能够显示外部信息；能够保存之前的结果。3.3 Proteus软件简介本次数字多用表的硬件设计是在Proteus软件环境中仿真实现的。ProteUS软件是英国Labcenterelectronics公司推出的一款单片机应用开发平台，它以其特有的虚拟仿真技术完美的解决了单片机和它的外围电路的协调的问题，让学生可以在没有实际单片机的情况下，利用电脑以虚
40、拟仿真的方式来进行单片机的仿真调试，降低了单片机设计的难度，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计团结和虚拟模型仿真软件有效的结合在一起的设计平台。Proteus软件包含了多种处理器模型，以及在设计中多种常用的电子器件，还有各种虚拟的仪表，虚拟的线路，虚拟的LED,虚拟的键盘。使用PrOteUS无须多次购买元器件及制作印刷电路板，节省了设计时间与经费，提高了设计效率和质量。Proteus软件已经有几十年的历史了，在全球广泛被使用于各种领域，尤其是在教育界口碑极佳。在单片机教学中采用PrOteuS软件，能使单片机的学习过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的
41、程序仿真调试，如有显示级输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程，很好地解决了长期以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合的难题。相比于其它的仿真软件（如multisim）,ProteUS不仅仅具有其涵盖的功能，如原理布图；PCB自动或人工布线；SPlCE电路仿真等功能，还具有其不包含的功能，如互动的电路仿真，用户甚至可以采用如RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、部分SPI器件、部分IlC器件；仿真处理器及其外围电路（可以仿真51系列、AVR.PlCARM等常用的主流单片机）。采用PC进行虚拟仿真实验要比采用单片机实验箱更为有效，因为用户
42、可以根据需要随时对原理电路图进行修改润色，并立即获得仿真结果。由于在Pe上修改原理电路图要比在实验箱上修改硬件电路简单方便很多，而且还可以根据设计要求采用不同的元器件，或者修改元器件参数以获得不同输出结果，在成功进行虚拟仿真并获得期望结果的条件下，再制作实际硬件进行在线调试，可以获得事半功倍的效果。在Proteus软件平台上学习单片机知识，比以往单纯学习书本知识更容易于接受，以原理图虚拟模型进行程序仿真调试的工作，更易于提高单片机编程能力，还可以通过描绘和修改原理电路图增加很多实践经验。3.4 仿真将硬件电路在Proteus软件中描绘出来，将软件程序誉写在Keiluvision4软件中，编译调
43、试后生hex文件，这就是编程完成之后的可执行文件，然后在Proteus中，将可执行软件.hex加载到单片机8OC51上；然后，将待测量通过A/D转换口与电路相连；最后按下运行按钮就可以在LED上看到测量结果。3.5 结果分析以测量一个电流来验证结果，如图18是对一个IlmA的电流进行测量的仿真电路。在LED上显示的的测量值与给定的实际值是一样的，结果正确。图18电流测量仿真电路图4结论在这次长达数月的毕业论文设计中，我重新对大学期间学过的专业知识进行了进一步的深入学习，将大学知识与论文实践结合在一起，找到了许多以前学习中的漏洞。在导师的指导下，我认真学习导师推荐的资料，对毕业论文课题进行最开始
44、的分析到后来的软件硬件设计，到最终的仿真结果出来，完成了这次的毕业设计。此次毕业论文设计的数字多用表，硬件电路主要由单片机8051、A/D转换器ADeO808、锁存器74LS374、LED显示模块构成。输入的信号经过A/D转换器ADCo808转换为能够被单片机识别和处理的信号，然后被单片机8051处理，单片机输出的新号在通过LED显示模块显示出来，可以用来测量电压、电流、电阻。软件程序的设计采用的是汇编语言。由于对于Proteus软件的不熟悉导致在硬件电路的描绘上屡屡碰壁，最后在图书馆租借了一本Proteus教程讲解的书籍才最终解决；而在软件设计过程中，在将程序输入到Keiluvision4软
45、件后老是无法正确调试出结果，我猜想是程序写的时候写错了，最后检查了几遍程序改错后才将问题解决。本次数字多用表的设计还是比较简单，有着一些缺点，例如在本次设计中测量的电压的量程范围比较小，要想增大范围，必须要先进行分压处理。而本次设计用到的A/D转换器ADC0808理论上可以有8个输入信号端口，这意味着理论上本设计能对8组信号测量。又或者说这表明本设计可以在电压、电流、电阻、测量之后在扩展到别的测量，如接入温度传感器之后可以测量温度，接入湿度传感器可以测量湿度，接入压力传感器可以测量压力等等，希望能有更多的人设计出更好作品。致谢经过几个月的努力，毕业论文设计基本完成，在毕业论文的设计中，我不仅复
46、习了大学己学的知识，还新学了一些设计需要的内容，比如keiluvision4和Proteus软件的使用，更获得许多书本上无法获得的宝贵实践经验。在设计途中，我要特别感谢导师的精心指导和宝贵的资料，毕业论文的顺利完成离不开导师的帮助，同时也要感谢身边的同学给我的一些在设计中遇到困难时的建议与鼓励，在此，我再一次对他们表达深深的感谢！同时感谢毕业设计，是它让我了解到了我对于一些知识掌握的并不完全，是它让我知道理论和实践差距不是一点点，也是它让我学到了更多的知识。感谢母校为我们提供了这次毕业设计的机会，感谢老师给予的指导，毕业设计必将是我人生中难以遗忘的一次经历。参考文献1徐爱钧，单片机原理与应用M。机械工业出版社，327-347.2张保会,尹项根，电力系统继电保护M。中国电力出版社,2010：167T83.3李晓林，单片机原理及接口技术M。电子工业出版社。
