基于單片機(jī)的簡易數(shù)字R-V-I測試儀的設(shè)計

0 引言
當(dāng)前大量使用的一種基本的測量工具，廣泛應(yīng)用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。針對電阻、電壓及電流三個基本電量的測量，本文設(shè)計了一個簡易的數(shù)字多用表。

1 總體設(shè)計方案
1．1 功能要求
本系統(tǒng)采用8位8路A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809和AT89S52單片機(jī)，設(shè)計了一臺數(shù)字多用表，能進(jìn)行電阻、電壓和電流的測量，測量結(jié)果通過LED數(shù)碼管顯示，通過按鍵進(jìn)行測量功能轉(zhuǎn)換。電壓測量范圍為0～20 V，測量誤差約為±0．02 V；電流測量范圍為1～100 mA，測量誤差約為±0．5 mA；電阻測量范圍為0～100kΩ，1k以內(nèi)測量誤差約為±2Ω。
1．2 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖
圖1為系統(tǒng)框圖。

本多用表由以下幾部分功能組成：電源模塊、復(fù)位／振蕩電路、功能選擇電路、LED顯示模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊、電阻測量電路、電壓測量電路、電流測量電路以及A／D驅(qū)動電路等。

2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計
針對設(shè)計要求和各模塊的要求，我們對各元件進(jìn)行了選型并設(shè)計了具體電路。
2．1 主控模塊
單片機(jī)通過線選方式擴(kuò)展了A／D轉(zhuǎn)換器ADC0809和4位LED數(shù)碼管，單片機(jī)的P2．7引腳作為ADC0809的片選信號，因此A／D轉(zhuǎn)換器的端口地址為7FFFH；片選信號和信號一起經(jīng)或非門產(chǎn)生ADC0809的啟動信號START和地址鎖存信號ALE；片選信號和 信號一起經(jīng)或非門產(chǎn)生ADC0809的輸出允許信號OE，OE=1時，選通三態(tài)門使輸出鎖存器中的轉(zhuǎn)換結(jié)果送入數(shù)據(jù)總線；ADC0809的EOC信號經(jīng)反相后接到8051的INT1引腳，用于產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換完成中斷請求信號；ADC0809芯片的3位模擬量輸入通道地址輸入端A、B、C分別接到單片機(jī)的P0．0、P0．1和P0．2，故只要向端口地址分別寫入數(shù)據(jù)00H～07H，即可啟動模擬量輸入通道0～7進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。ADC0809的參考正電壓為5V，參考負(fù)電壓為0V，時鐘輸入為1MHz。
單片機(jī)的P2．1引腳作為數(shù)碼管鎖存器74LS374的片選信號，片選信號和信號一起經(jīng)或非門及反相器接到數(shù)碼管鎖存器74LS374的CLK端，因此顯示器的數(shù)字端口地址為0FDFFH，而單片機(jī)的P1．4～P1．7引腳作為數(shù)碼管的數(shù)位選擇，顯示時先將數(shù)據(jù)通過數(shù)字端口寫入鎖存器，再通過數(shù)位選擇點亮相應(yīng)的數(shù)碼管。
單片機(jī)的P1．0～P1．2引腳通過一個轉(zhuǎn)換開關(guān)接地，通過判斷P1．0～P1．2引腳電平的高低，決定是否進(jìn)行電阻測量、電壓測量或電流測量。由于主控模塊電路比較常規(guī)，此處電路圖略。
2．2 電阻測量電路
圖2所示為數(shù)字多用表的電阻測量電路。

運(yùn)算放大電路的反饋電阻RX作為待測電阻，根據(jù)采樣值RV的大小可以判斷是否需要改變量程，通過改變轉(zhuǎn)換開關(guān)SW2可以改變其量程范圍是1k、10k、100k。考慮到精度問題，沒有把量程繼續(xù)加大。如果開關(guān)SW2接通1kΩ電阻R2，則對應(yīng)的小繼電器RL2吸合，此時單片機(jī)會檢測到其對應(yīng)引腳P3．0是低電平。假定運(yùn)算放大理想，那么RW=5RX／R2，將RV送給ADC0809的2通道，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為DV=RV 255／5，單片機(jī)讀取A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，再經(jīng)過逆向運(yùn)算可得RX=DV R2／255。