毕业设计（论文）-工频数字多用表自动测试系统设计

安徽电子信息专业毕业设计PAGEPAGE2目录:摘要 3Abstract 4第1章绪论 51.1数字多用表的发展概况 51.2设计要求 6第2章8051、8155、0809以及显示器和键盘介绍 72.18051单片机 72.2ADC0809 102.3带有I/O接口和计时器的静态RAM8155 112.3.18155的结构 112.3.28155的引脚功能 122.4发光二极管显示器LED 132.5键盘接口 15第3章数字多用表的系统结构及硬件电路 163.1数字多用表的系统结构 163.2移相变幅电路 163.3输入调理电路 17第4章系统实现及计算公式 184.1输入电路系统硬件部分 184.2数据处理部分 184.3测量电路方案的确定 194.4系统硬件总图 20第5章软件设计 22第6章数字多用表的检修与调试方法 356.1检修数字多用表的12种方法 356.2数字多用表的故障分析 366.3数字多用表的调试方法 37第7章结论 38参考文献 39致谢 40摘要工频数字多用表介绍了数字式工频交流电参数多用表的作用，描述了系统的设计过程，给出了系统的组成框图及各部分的连接图；说明了核心部件数字式电位器AD5242的结构，性能特点；简述了交流采样法的原理及实现过程；对系统的软件设计也进行了叙述，给出了部分软件模块。工频数字多用表自动测试系统具有速度快、体积小、可靠性高、系统组建灵活方便等特点，是20世纪90年代发展起来的一种新型的自动测试系统平台，它充分融合了计算机软件技术、硬件技术、微电子技术、测试技术发展的最新成果。通过实际硬件电路的设计要学会数字多用表的电路测量、电路调试以及数字多用表的故障分析和调试方法，同时通过数字多用表的电路设计、调试和汇编程序的编写，完成该数字多用表的设计。关键词：交流参数表,数字电位器,交流采样,单片机AbstractInthisarticle,thefunctionsofdigitalalternatingcurrentparameterMulti-functionmeterareintroduced.Thesystemdesignprocessisdescribed.Theconstituteframediagramandeachparton-linesdiagramaregiven.TheconstructionandfunctioncharacteristicsofcoredigitallycontrollablevariableresistorsAD5242areelucidated.TheprinciplewithrealizedprocessofACsamplingmethodsaredescribedinbrief.Thesoftwaredesignofsystemisalsodescribed.Thepartsoftwareblocksaregiven.Thedigitalmultimetermoduleautomatictestsystempossessesalotofadvantages,suchassmallvolume,highspeed,highreliability,flexiblyandconvenientlyassemblingandconstructingsystemandsoon.Itisanewtypeofautomatictestsystemwhichhasbeendevelopedinthe1990s.Thesystemhasmadefullyuseofthecombinationofthenewestproductionofcomputersoftware,hardwaretechnology,micro-electronictechnology.Thedesignthatpasstheactualhardwareelectriccircuitmuchwanttheacademicassociationarithmeticfiguretoadjusttotrywiththeelectriccircuitdiagraph,electriccircuitoftheformandthearithmeticfigureusesthebreakdownanalysisoftheformmorewithadjusttotrythemethod,passingatthesametimethearithmeticfigureusetheelectriccircuitdesignoftheformmoreandadjusttotrywitheditcollectedmaterialstheplaitoftheprocedurewrites,completingthatarithmeticfigureusethedesignoftheformmore.Keyword:alternatingcurrentparametermeter;digitallycontrollablevariableresistors;ACsampling;DigitalMultimeterModule第1章绪论1.1数字多用表的发展概况数字万用表亦称数字多用表（DigitalMultiMeter），它是大规模集成及计算机技术和数显技术相结合的结晶，问世于60年代。我国数字万用表工业起步较晚，70年代中期从南韩购置DT830、DT890样机和散件仿仿制，生产数量不大，由于外部信息不灵，国内的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，产品也上不了档次，与国外同类产品相比落后约15年，谈不上有什么基础。对于深圳来讲，数字万用表工业更是从零开始。随着特区的建立，改革开放政策不断深入发展，政策上的开放，加之毗邻港澳地理位置上的优势，信息的灵通便于先进技术的引进，给从事数字万用表事业的专门人材带来了施展才华的良好时机，愿意到深圳来创业。同时也给港澳明智商家以商业灵感，他们引来先进技术、专用元器件到深圳合资办厂。这样就为数字万用表发展创造了一个天时、地利、人和的良好发展条件，从零开始到目前年产850万台数字万用表，出口90多个国家和地区世界称尊的局面。所以说中国数字万用表工业的发展是伴随着深圳数字万用表的发展和深圳经济特区的发展同时起步的。深圳的数字万用表工业飞快发展代表着中国数显仪表工业发展的一个新的里程碑。

1987~1992年是深圳数字万用表在国内市场开拓时期，也是占领国内市场并获得认可的时期。这时的特点是打下坚实基础，站稳脚跟，发展壮大自己，积累了极其宝贵的资金（深圳数字万用表工业发展全靠企业自身发展）。此时，是胜利公司和华谊公司并驾齐驱共同占有国内市场的局面，每年有10万台产量，销售收入约3000万元人民币，占全国总产量的80%，初步形成全国各大城市的销售网点，建立了分销机构和经营部，有效的把深圳生产的数字万用表推广到全国各地用户手中，使得各行各业都能了解到中国数字表的生产基地是深圳，从而奠定了深圳数字万用表称霸国内的格局。数字多用表在采用单片式微机控制后，功能更加多样化，使用更加方便、可靠、而且准确度大大提高。除测量传统的交/直流电压、交/直流电流、2线/4线电阻等，还可测量频率、周期、电容和电感，还可进行电平（分贝值）测量，可实现自动量程切换，可对测量结果进行统计运算。有的数字多用表还可以在数字显示器下面外加光条显示器，以提高对被测波动变化倾向的判断能力。许多仪器都具有标准接口，可组成自动测试系统，完成单台仪器无法完成的复杂测试任务。1975年，美国锡斯特.唐纳（SYSTEMDONNER）公司率先生产了51/2位7115型数字多用表。1977年，英国Solartron公司采用脉冲调宽积分原理生产了7075型71/2位数字多用表，其直流电压分辨力为1uv。到了80年代，高性能的数字多用表读数已达到71/2位—81/2位，在分辨力方面，直流电压可达到0.01uv，交流电压可达0.1uv，在24小时稳定性方面直流电压可达到0.6ppm(1281)，交流电压可达到40ppm；在真有效值响应方面，覆盖整个音频范围，波形因数可达5：1。其数据处理能力一般包括百分误差、绝对误差、最大值及最小值、峰-峰值、平均值、有效值、方差及标准差等。有的仪器还可以在数日内进行采样间隔可调的自动连续测量及自动存数等。如Solartron公司1983年推出的7081型81/2位数字多用表，其直流电压准确度为14ppm，交流电压准确度为360ppm。FLUKE公司推出的8506A型71/2位数字多用表，直流电压年准确度为5.6ppm，交流电压年准确度为95ppm。目前，在交流电压测量方面准确度最高的是Fluke公司生产的792和Wavetek公司生产的4920。其中4920交流电压测量准确度为15ppm/2年。在数字多用表方面，Wavetek公司生产的4950多功能传递标准的30天传递稳定性最高；直流电压为1.5ppm，直流电流为7ppm，交流电压为10ppm，交流电流为40ppm，电阻为3ppm。在内附微控制器的控制下，高性能的数字多用表大都采用了自动校准技术，使仪器的准确度进一步得到提高。如上面提到的1281型数字多用表，具有自动校准和自我校准功能。利用自我校准可以减小环境变化和时间推移对仪器性能的影响。而且与之相适应，又出现了商品型精密数字、微机化可控制校准仪。它可实现在一般实验室环境下对61/2位到81/2位数字多用表进行校准。1.2设计要求设计并制作一个能同时对一路工频交流电的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字多用表，并通过按键控制实现交流电压、交流电流、有功功率、无功功率在测试过程中的最大值和最小值测量。第2章8051、8155、0809以及显示器和键盘介绍2.18051单片机18051单片机是在一块芯片中集成了CPU,RAM,ROM、定时器/计数器和多种功能的I/O线等一台计算机所需的基本功能部件。单片机内包括下列几个部件：（1）一个8位CPU；（2）一个片内振荡器及时钟电路；（3）4K字节ROM程序存储器；（4）128字节RAM数据存储器；（5）两个16位定时器/计数器；（6）可寻址64K外部数据存储器和64K外部程序存储器空间的控制电路；（7）32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口）；（8）一个可编程全双工串行口；（9）有五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。8051引脚说明：8051单片机采用40条引脚双列直插封装方式。图2-1为引脚排列图。40条引脚说明如下：图2-18051引脚图1.主电源引脚和，接地。正常操作时为+5V电源。2.外接晶体引脚和内部振荡电路反相放大器的输入端，是外接晶体的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。内部振荡器的反相放大器的输出端，是外接晶体的另一端。当采用外部振荡器时，此引脚接外部振荡源。3.控制或与其它电源复用引脚，，和当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。在掉电期间，此引脚可接上备用电源，由向内部RAM提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。当正常操作时为ALE功能（允许地址锁存），提供把地址的低字节锁存到外部锁存器。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。外部程序存储器读选通信号输出端。在从外部程序存储器取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八个LSTTL输入。为内部程序存储器选择端。当为高电平时，访问内部程序存储器。当为电平时，则访问外部程序存储器。4.输入/输出引脚，，，是一个8位漏极开路型双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线。口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。它能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它输出高8位地址。口可驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。是一个带有内部提升电阻的8位准双向I/O口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。2在本系统中使用MCS-51中8051，它由以下8个功能部件组成：CPU程序存储器数据存储器并行I／O口定时器／计数器串行I／O口，中断系统及特殊功能寄存器。各部件是通过片内单一总线连接而成。起基本结构是通用CPU加外围接口的结构模式，功能部件的控制采用了特殊功能积存器的集中控制方法。中央处理器是单片机的核心，起内的CPU为8位微处理器，其功能是完成算术逻辑运算和控制，其指令系统为面向控制而增加了各种跳转和位操作指令。8051片内程序存储器容量为4KB，用于存放程序指令和固定的数据表格。片内数据存储器容量为128B，作为寄存器供用户存放可读写的数据，此外还有与其统一编制的一个称为特殊功能寄存器的部件，用作对片内各功能部件和专用寄存器进行统一管理监督和控制的控制和状态寄存器区。片内的并行I/O有4个8位口，分别是P0.P1.P2.P3，用以实现数据的并行输入和输出。8051片内有2个16位的计数器，为用户提供计数或定时功能，并具有四种方式可供选择，串行口为全双工，一实现单片机与其他系统之间的串行数据通信。串行口四种工作方式，即全双工式，五个中段。MCS-51单片机的各中芯片多数才用双列直插式40引脚封装，但80C51芯片还采用方型。40条引脚中包括有32条I/O线，二条时钟线，二条电源线，一条复位线以及另外三条信号线。现将各引脚功能说明如下：P0.0～P0.78位漏极开路型双向并列I/O线，当访问外部存储器时，它们是复用的低8位地址/数据总线。P1.0～P1.78位准双向并行I/O线。P2.0～P2.78位准双向并行I/O线。作位传输高8位地址信息P3.0～P3.78位准双向并行I/O线。可以作位第二功能，作为8个控制信号并规定如下：P3.0-RXD：串行数据接受P3.1-TXD：串行数据发送P3.2-INT0外中断0请求P3.3-INT1外中断1请求P3.4-T0定时器0外输入P3.5-T1定时器1外输入P3.6-WR外部数据存储器写P3.7-RD外部数据存储器读RST/V复位当电源掉电时，作为内部RAM的备用电源。ALE/PROG地址锁存允许信号，当访问外部存储器时，将P0口的低8位地址信息打入锁存器。它又是编程脉冲输入端，用于对片内EPROM的编程PSEN外部程序存储器选通信号，低电平有效，在读外部程序存储器时，每个机器周期内输入二次有效信号，在执行内部程序存储器中的程序时，该信号无输出，在访问外部数据存储器时，它无有效信号输出。EA/VPPEA为低电平时，访问外部程序存储器，它高电平时，如PC值小于等于0FFFH，则访问内部程序存储器。如PC值大于0FFFH，则访问外部程序存储器。XTAL1XTAL2振荡器输入，输出。VCCVSS+5V电源和地。在本系统中，单片机作为数据处理部件，从模数转换器来的信号进入起内部处理在发送到显示部件进行显示，这里用的是8051内部有四KB的ROM，128字节的RAM。2.2ADC0809ADC0809是8路模拟输入的8为模拟模数开关转换电路。转换器以8个时钟周期的时间完成一个转换值，在64个脉冲后完成8位的转换，时钟由外电路提供，典型频率为640HZ。八路模拟开关由3为二进制信息控制，以完成对一路模拟信号转换。转换的数字信号锁存在内部的输出锁存器中，由输出允许信号选通锁存器即可以在输出线上得到转换结果数据。ADC0809的基本性能：分辨率8位转换时间100微妙总非调整误差正负1／2LSB功耗15MW电源+5Ｖ模拟输入电压0～+5Ｖ引脚信号定义：IN0～IN78路模拟输入ADDA～ADDC通道选择地址，ADDA为最低位ALE地址锁存允许START启动转换信号OE输出允许，高电平有效CLOCK转换时钟输入，时钟频率≤640KHz在本电路中模数转换器仅需要一个通道，将一组模拟量转换成数字量，其与单片机的连接如图2-2所示：图图2-2ADC08092.3带有I/O接口和计时器的静态RAM81558155芯片内具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O口和一个14位计数器，与8051单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片。2.3.18155的结构按照器件的功能，8155可由下列三部分组成：1随机存储器部分容量为256×8位的静态RAM。2I/O接口部分端口A。可编程序8位I/O端口。端口B。可编程序8位I/O端口。端口C。可编程序6位I/O端口。命令寄存器。8位寄存器，只允许写入。状态寄存器。8位寄存器，只允许读出。3计数器/计时器的部分是一个14位的二进制减法计数器/计时器。2.3.28155的引脚功能8155具有40个引脚采用双列直插式封装，其功能定义如下：1.（三态）是地址/数据总线，可以直接与8031的P0口相连接。在允许地址锁存信号ALE的后沿（即下降沿），将8位地址所存在内部地址寄存器中。该地址可作为存储器部分的低8位地址，也可是I/O接口的通道地址，这将由输入的IO/信号的状态来决定。在引脚上出现的数据信息是读出还是写入8155，由系统控制信号或来决定。1.RESET这是由8031提供的复位信号，作为总清器件使用。RESET信号的脉冲宽度一般为600ns.当器件被总清后，各转接口被置成输入工作方式。2.ALE允许地址锁存信号。该控制信号由8031发出，在该信号的后沿，将上的低8位地址、片选信号CE以及IO/信号所存在片内的锁存器内。3.这是低电平有效的片选信号。当8155的引脚=0时，器件才允许被启用，否则为禁止使用。4.IO/这是一个I/O转接口或存储器的选择信号。当IO/=1时，选择I/O电路；当IO/=0时，选择存储器。5.（写）在片选信号有效的情况下（即=0），该引脚上输入一个低电平信号（=0）时，将AD0～7线上的数据写入RAM某一单元内（当IO/=0时），或写入某一I/O端口电路（当IO/=1时）。6.（读）在片选信号有效的情况下（即=0），如果该引脚上输入一个低电平信号（=0）时，将8155RAM某单元的内容读至数据总线。若输入一个高电平（=1），则将某一I/O转接口电路的内容读至数据总线。由于系统控制的作用，（写）和（读）信号不会同时有效。根据上面分析：写RAM必要条件是：（IO/=0）·（=0）·（=0）。写I/O端口电路的必要条件是：（IO/=1）·（=0）·（=0）。读RAM必要条件是：(IO/=0)·(=0)·(=0)。（4）读I/O端口电路的必要条件是：（IO/=1）·（=0）·（=0）。7.这是一组8根通用的I/O端口线，其数据输入或输出的方向由可编程序的命令寄存器的内容决定。8.这是一组8位的通用I/O端口，其数据输入或输出的方向由可编程序的命令寄存器的内容决定。9.这是一组6位的既具有通用I/O端口功能，又具有对PA和PB起某种控制作用的I/O电路。各种功能的实现均有可编程序的命令寄存器的内容决定。PA，PB和PC各I/O端口的状态，可由读出状态寄存器的内容而得到。10.TIMERIN这是14位二进制减法计数器的输入端。11.这是一个计时器的输出引脚。可由计时器的工作方式决定该输出信号的波形。12.Vcc为+5V电源引脚。13.Vss为+5V电源的地线。2.4发光二极管显示器LED发光显示器是单片机应用中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成的，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符，常用七段显示器结构如图2-3所示。（a）共阳极(c)外形(b)共阴极图2-3发光显示器结构点亮显示器有静态和动态两种方法。所谓静态显示，就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定地导通或截止。例如，七段显示器的a,b,c,d,e,f导通，g截至，则显示0。这种显示器方式，每一位都需要有一个8位输出口控制，所以占用硬件多，一般用于显示器位数较少（很少）的场合。当位数较多时，用静态显示所需的I/O口太多，一般采用动态显示方法。所谓动态显示就是一位一位地轮流点亮各位显示器（扫描），对于每一位显示器来说，每隔一段时间点亮一次。显示器的点亮既跟点亮时的导通电流有关，也跟点亮时间和间隔时间的比例有关。调整电流和时间参数，可实现亮度较高较稳定的显示。若显示器的位数不大于8位，则控制显示器公共极电位只需一个I/O口（称为扫描口），控制各位显示器所显示的字形也需一个8位口（称为段数据口）。表1七段LED数码的段码显示数码共阴极段码共阳极段码显示数码共阴极段码共阳极段码03FHC0HH87FH80H106HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0Hb7CH83H466H99Hc39HC6H560H92Hd5EHA1H670H82HE79H86H707HF8HF71H8EH2.5键盘接口键盘事由若干个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的设备。一个键盘，通常包括有数字键（09）,字母键（）以及一些功能键。用于计算机系统的键盘有两类：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别由专用硬件实现的。另一类是非编码键盘，即键盘上键入及闭合键的识别由软件来完成。8051与键盘的接口可采用下列四种方式：1.8051通过并行口（如8155，8255）与键盘接口。2.8051通过串行口与键盘接口。3.8051通过9279与键盘接口。4.8051的并行口直接与键盘接口。第3章数字多用表的系统结构及硬件电路3.1数字多用表的系统结构多用表的组成框图如图3.1所示。交流信号放大后，一方面由过零比较电路转为方波信号，由单片机计数器测量出信号周期和测量出电压、电流之间的相位差；同时电压、电流信号经A/D采样转换后送入单片机。单片机系统在每个信号周期内分别采样N个电压、电流值，根据离散积分公式计算出电压、电流的有效值以及有功功率、无功功率、功率因数，再根据离散傅立叶变换计算出电压基波有效值、电压总谐波有效值等参数。在测量过程中，单片机系统根据不同的信号有效值，自动改变数字电位器的参数,以改变信号放大倍数,使系统对信号采样保持在最佳线性状态，保证了测量的精度。图3-1多用表组成框图3.2移相变幅电路电路图如图3-2所示。该图采用网络标号的形式，图中+12V，-12V为LM324的供电电源；LM324是四运放电路；AGND表示模拟地；Vin表示信号输入；Vout表示信号输出。在Vin处输入一个交流信号。调整可变电阻R1的大小，可使输出信号在输入信号的基础上发生移位偏移；调整R3的大小，可使输出信号的幅值大小发生变化。图3-2移相变幅电路3.3输入调理电路A/D转换模块工作时，一般用芯片的工作电压作为A/D转换的参考电源；因此对交流信号而言，需把双极性输入电压经过提升变成单极性电压，提升电路如图所示：图3-3输入调理电路实际测出，输入的信号CH0在输入信号VIN0基础叠加了一个直流分量，调节VREF的值，该直流分量大小可以改变。如果适当调整VREF，使直流分量为2V，则输入为幅值2V的交流正弦信号，输入就为最大值4V，最小值0V的正弦单极性信号；从而得到了提升的效果，是一般的双极性交流信号变成了适合单片机处理的单极性信号。第4章系统实现及计算公式4.1输入电路系统硬件部分该系统总的输入电路如图4-1所示。在实验板上，可以通过电位器R92调节Vref的值，使提升电压为+2V、幅值为2V的交流输入电压经过提升后，输出0～4V的单极性电压。为了保证采样信号能充图4-1输入电路分的反映模拟信号，必须在一个工频周期内采样足够多的点数，采样点数根据采样定理和所要考虑的谐波次数而定。本例中每个周期各采样40个点。以一个220V/8V的变压器，把220V左右的电网电压转变成8V左右的交流电压，再接上一个470Ω的分压电位器，便可调到幅值为2V的交流电压，经过提升电路变成0～4V的单极性电压信号。4.2数据处理部分由于PIC的A/D输入前端加了变压器、电位器及电压提升电路，故A/D采样得到的初始数据需要经过调整变换后，才能得到与实际电压电流对应的值。这可以由简单的数据运算实现。1.交流电压、电流有效值的计算分析对交流工频信号的采集，一般是以其有效值进行计算，其计算公式为：（4-1）其中T为信号周期。由于在计算机采集系统中，U（t）是一些离散的值，故应该用下面的计算公式（4-2）u(i)为各次瞬时采样值，i=1,2,…n.同理可以求得电流I的有效值。2.功率和功率因数的计算在上一步中已经测出了电压、电流的有效值U和I，根据以下公式可以计算出视在功率、有功功率、无功功率及功率因数。视在功率（4-3）有功功率（4-4）u和i分别为离散瞬时采样值。无功功率（4-5）功率因数（4-6）3.最大值、最小值的测量与计算在数据存储器RAM中，分别设置最大值寄存器和最小值寄存器。最大值寄存器先赋上一个很小的数，然后把每个的测量值和最大值寄存器里的数比较，若测量值大于该数，则测量值代替该数放入寄存器；否则寄存器的数不变。于是最大值寄存器里的数总是测量过程中最大的，即为最大值。同理可以得到测量过程中的最小值。4.3测量电路方案的确定目前国外高准确度的数字多用表技术已经成熟，有许多经典的测量电路，他们用的电子元器件也很经典，因此在考虑测量电路的整体方案时，可以参照国外多种仪器的技术方案，由于台式数字多用表的电路不受尺寸的限制，电路设计可以采用许多分立元件或其厂家的专用电路，用以保证仪表的测量准确度和可靠性，由于数字多用表的电路主要是模拟电路，元件的集成度不高，因此台式数字多用表的体积较大。在设计数字多用表时，只能参考台式仪器的测量原理，根据国内外元件的供应情况，对部分单元电路作了简化、修改或重新设计，在不牺牲模块仪器的技术指标和可靠性的前提下，尽可能采用集成电路和软件设计，适度增加模块的硬件费用和程序工作量。在测量电路的，直流电压衰减网络对10V以下被测电压实现100：1的衰减，输入阻抗10M欧姆。衰减网络的电阻应具有很好的温度匹配特性，我们采用了国内六位半数字多用表的匹配电阻，并经过了多年的老化，温度漂移很小，对于10V以下的输入电压，应该直接进入多路开关，因此输入电阻应为运放的输入阻抗，可高达100M欧姆；由于模块具有自动量程功能及过载保护功能，直接输入电路应具有保护电路，保护电路应不影响测量准确度。交流量程转换电路实现交流电压的四种量程转换，由于交流测量的特点，不可能有很高的准确度，因此在选择比例电阻时，只需要使用温度系数小的精密电阻便可，并不需要比例电阻的温度系数严格匹配。由于交流信号需要有较宽的频带，因此要对交流量程转换电路的比例电阻进行频率补偿。线性变换电路的作用是将输入信号变换到ADC所能接受的电压范围和极性、使ADC能正常工作并留有一定的余量，使各档均有一定的过载能力。线性变换电路的比例电阻的温度系数应严格匹配。在进行精密测量时，由于可随时标定增益和零点，线性变换电路的误差可以认为全部被修正掉。单片机及控制电路是测量电路的测量过程控制、数据运算、信息交换的中心。非易失性存储器用于保存标定好的各测量功能及各量程的增益和零点，可大大提高测量准确度、简化模拟电路；它的另一功能是复位看门狗。作为一个高档的模块化仪器，必须在生产工艺上有所考虑，在电路中增加了程控校准电路，使信号的零点、幅度及直流偏置的零点、幅度均能程控设定。4.4系统硬件总图总硬件电路图如图4-2:图4-2硬件电路图第5章软件设计多用表设计过程中，尽量简化硬件，而以软件代之。根据多用表工作原理，在多用表软件中设计了多字节乘法子程序、多字节除法子程序﹑多字节开方子程序以及开始A/D转换，采集一个工频周期里四十个离散的电压，电流值，并进行最值比较数据处理有键按下送数据进显示器否有图5-1主程序框图开始开始保护现场中断次数R1赋初值40选中通道IN0对电压变换读取数据读取数据选中通道IN1对电流变换R1=0？选中IN0延时400微妙变换读取数据选中IN1延时400微妙变换读取数据否 是图5-2A/D流程图程序清单:电压，电流进行第一次采样同时送最值单元:ORG0000HMain:MOVs%,#28H;设置堆栈MOVDPTR,#OAF00HMOVA,#03HMOV@DPTR,A;8155A口，B口C口为输出MOVR0,#7E00HMOVA,#00HMLO:MOVX@R0,A;数据存储区清0INCR0;7E00H～7EEFHCJNER0,#7EF0HML0ADC：PUSHPSWPUSHACCPUSHDPLPUSHDPHMOVR1,#28H；赋计数值40MOVR0,#7E01H；赋片外RAM首址ADC1：SETBIT1；INT1边沿触发SETBEX1；开放INT1中断SETBEA；CPU开放中断MOVDPTR,#0DFF8H；选中通道口0口地址MOVA,#00HMOVX@DPTR,A；启动A/DLOOP1：NOP；等待中断AJMPLOOP1MOVDPTR,#0DFF8HMOVXA,@DPTRMOVX@R0,A;数据读入外部RAM7EO1HMOV49H,A；数据同时送入内部RAMMOV52H,A；RAM49H，52H最大值最小单元值INCR0INCR0INCR0MOVR2,R0；电压存储单元地址送R2保存MOVDPTR,#0DFF9H；启动通道IN1进行电流转换MOVA,#00HMOVX@DPTR,ALOOP2：NOP；等待中断AJMPLOOP2MOVRO,#7E79HMOVDPTR,#0DFF9HMOVXA,@DPTRMOVX@R0,A;电流送外部RAMDFF9H单元MOV55H,A;电流送最大值最小值单元MOV58H,AINCR0INCR0INCR0MOVR3,R0；将电流存储单元地址送R3保存DECR1电压，电流进行39次循环采样同时进行最值比较：ADC3：MOVDPTR,#0DFF8H；选中IN0MOVR5，#32H；延时400微妙LOOP3：NOPDJNZR5LOOP3MOVA,#00HMOVX@DPTR,ALOOP4:NOPAJMPLOOP4MOVR0,R2MOVDPTR,#0DFF8HMOVXA,@DPTRMOVX@R0,ACLRC；每次采样电压与最大值SUBB49H,A和最小值单元内容比较JNCCH1XCH49H,AAJMPBSD1CHG1：SUBB52H，AJCBSD1XCH52H,ABSD1：INCROINCROINCROMOVR2,ROADC4：MOVDPTR,#0DFF9H;选中电流通道IN1MOVR5,#32HLOOP5：NOP;延时400微妙NOPDJNZR5,LOOP5MOVA,#OOH;启动A/DMOVX@DPTR,ALOOP6：NOPAJMPLOOP6MOVR0,R3MOVDPTR,#0DFF9HMOVXA,DPTRMOVX@R0,ACLRC;每次采样电流值与最大SUBB55H,A值最小值单元内容比较JNCCHG2XCH55H,AAJMPBSD2CHG2:SUBB58H,AJCBSD2XCH52H,ABSD2:INCR0INCROINCR0MOVR3,R0DJNZR1,ADC3;R1不为零，循环样电压，电流数据标定程序,假设提升电压为2V，对应16进制65H，由比例运算减去提升值。LOOP7:MOVR0,#65MOVR1,49HMOVR2,#4MOVA,R1SUBBA,R0JCdongMOV@R1,AINCR1INCR1INCR1DJNZR2,LOOP7DONG：CPLAMOV@R1,AINCR1INCR1INCR1DJNZR2,LOOP7MOVR1,7EO1HMOVR2,#80LOOP8：MOVR0,#65HMOVA,R1SUBBA,ROJCBDMOV@R1,AINCR1INCR1INCR1DJNZR2,LOOP8BD:CPLAMOV@R1,AINCR1INCR1INCR1DJNZR2LOOP8电压，电流数据转为浮点数据：ADC：MOVB,#80MOVR7,#7E00HLOOP9:MOVRDPTR,R7MOVXA,@DPTRMOVRO,ALCALLDTOFMOVA,R0MOVX@DPTR,AINCR7INCR7INCR7DJNZB,LOOP9电压转化为有效值，存入以34H为首址的单元中：MOVB,#4OHMOVDPTR,#7EOOHLOOP10：MOVR3,#03HMOVRO,#34HLOOP11：MOVXA,@DPTRMOV@RO,AINCROINCDPTRDJNZR3LOOP11MOVR0,#34HLCALLFSQU ；电压平方MOVR1,#37H；平方和累加存放单元LCALLFADDMOV37H,R0DJNZBLOOP10MOV46H，#8；样本数存放在以MOVA,#28H；46H为首址的单元MOV47H,A；中进行浮点化MOV48H,#0MOVR0,#46HLCALLFSDTMOV46H,R0MOVRO,#37H；以累加和为被除MOVR1,#46H、数以样本数为除LCALLFDIV数LCALLFSQRMOV34H,R0；结果存入34H单元中电流转化为有效值，存入40H为首址的单元中：MOVB,#40MOVDPTR,#7E78HLOOP12：MOVR3,#O3HMOVR0,#40HLOOP13：MOVXA,@DPTRMOV@R0,AINCR0INCDPTRDJNZR3LOOP13MOVR0,#40HLCALLFSQU；电流平方MOVR1,#43H；平方和累加到43HLCALLFADD为首址单元中MOV43H,R0DJNZBLOOP12MOV46H,#8MOVA,#28HMOV47H,AMOV48H,#0MOVR0,#46HLCALLFSDTMOV46H,R0MOVR1,#46HLCALLFDIVLCALLFSQR；将结果存入以40HMOV40H,RO为首址单元中功率处理:MOVR0,34HMOVR1,#40HLCALLFMULMOV61H,RO浮点数转为BCD码存入原单元:MOVRO,#34HLCALLFTOBMOV34H,R0MOVRO,#40HLCALLFTOBMOV40H,ROMOVRO,#49HLCALLFTOBMOV49H,ROMOVR0,#52HLCALLFTOBMOV52H,ROMOVRO,#55HLCALLFTOBMOV55H,R0MOVRO,#58HLCALLFTOBMOV58H,R0MOVR0,#61HLCALLFTOBMOV61H,R0键盘扫描程序：KEY1：MOVDPTR,#002HMOVA,#00H；B口送00HMOVX@DPTR,AINCDPTR；建立C口地址MOVA,@DPTR；读C口CPLAANLA,#03H；屏蔽A的前六个字节JNZLK1；A非0则转移NI:LCALLDIR；延时6毫秒AJMPKEY1LK1:LCALLDIR；有键闭合延时去抖动LCALLDIRLCALLKS1JNZLK2；有键闭合，转LK2LCALLDIRAJMPKEY1；无键闭合，转KEY1LK2:MOVR2,#FEH；扫描初值送R2MOVR4,#00H；扫描初值送R4LK4:MOVDPTR,#0102H；建立B口地址MOVA,R2 INCDPTR；指向C口JBACC.0,LONE；ACC.0=1第一行无MOVA,#00H；键闭合，转LONEAJMPLKPLONE:JBACC.1,KEY1；ACC.1=1第二行无键MOVA,#08H;闭合重新扫描AJMPLKPLKP:ADDA,R4；计算键码保护键码PUSHACCLK3:LCALLDIRLCALLKS1JNZLK3POPACCSUBBA,#00H；有键码值转相应子JZSHOW1程序SUBBA,#01HJZSHOW2SUBBA,#02HJZSHOW3SUBBA,#03HJZSHOW4SUBBA,#04HJZSHOW5SUBBA,#05HJZSHOW6SUBBA,#06HJZSHOW7SUBBA,#07HJZSHOW8SUBBA,#08HJZSHOW9JMPMAINEND显示子程序:SHOW:MOVR0,#79H；显示数据缓冲区地址送R0MOVR3,#01HMOVA,R3LD0:MOVDPTR,#0101H；扫描值送PA口MOV@DPTR,AINCDPTR；数据指针指向PB口MOVA,@R6；取显示数据ADDA,#12H；加上偏移量MOVCA,@A+PC；取出字形MOVX@DPTR,A；送出显示ACALLDL1调用延时子程序INCR0；数据缓冲区地址加1MOVA,R3JBACC·5,LD1；扫描到第六个显示器么?RLA；没有AJMPLD0LD1:RETDSEG:DB3FH06H5BH4FH66H6DHDSEG1:DB7DH07H7FH67H77H7CHDSEG2:DB39H5EH79H71H73H3EHDSEG3:DB31H6EH1CH23H40H03HDSEG4:DB18H00H00H00HDL1:MOVR7,#07H;延时子程序DL:MOVR6,#0FFHDL6:DJNZR6,DL6DJNZR7,DLRET第6章数字多用表的检修与调试方法6.1检修数字多用表的12种方法1.直觉法直觉法就是不使用电测手段，而是凭借人的感觉器官（眼、耳、鼻、手）对故障原因作出判断的方法。善于运用此法，常能迅速查明一些故障。因为故障大多数是由于短路、断路和元器件损坏而造成的，其中一部分原因通过外观检查即可发现。2.测电压法检查各级工作电压。再与正常值进行比较。为保证测量基准电压的测量度，建议采用高准确度的41/2位数字多用表进行测量。3.测电流法测量整机工作电流时，可首先将另一块数字多用表拨至200mADC挡，然后串联在9V叠层电池上，这样就不必打开表壳了。若预先测出电池的路端电压（注意，不是开路电压！），就很容易算出整机功耗。但需注意，某些数字多用表为了提高密封性，将电池装在机壳内。4.波形法用电子示波器观察电路中个关键点的电压波形、服毒、周期（频率）等。5.信号追踪法此方法适用于检查AC/DC转换电路、f/U转换电路、C/U转换电路等。例如发现不能测频率时，可由一台音频信号发生器像被检仪表诸如幅度和频率都适宜的电压信号，然后从前往后逐级追踪输入信号的去向，同时用示波器观察波形的变化情况，即可迅速判定故障位置。6.短路法参见《数字万用表检测方法与应用》一书第5.19节检查单片A/D转换器的方法。7.断路法在不影响其他部分正常工作的前提下，将可疑部分从单元电路中断开。只要故障消失，就证明故障在被断开部分。8.测量元件法当故障已缩小到某个或某几个元件时，可对其进行在线测量或脱离线路的测量。例如用另一块数字多用表可检查出电阻是否短路、断路或阻值改变，电容是否击穿等。9.干扰法将数字多用表拨至低量程交流电压挡（200mV或2V挡）。用手捏住表笔尖，利用人体感应电压作为干扰信号，此时液晶屏应出现跳数现象，否则说明输入电路开路。10.应急修理法在现场测试中，仪表突然发生故障而又不希望中断测量，可采用应急修理法。其前提条件是修理时间必须短，而其不能降低仪表的性能指标。在处理方法上可灵活变通，以充分利用现场测试所具备的条件。例如，当电源开关接触不良时，可临时将开关短接，使电源接通。11.替换法对于可疑的元器件、部件及插件，均可用同类型质量良好的产品进行替换。替换的目的仅在于缩小故障范围，减少怀疑对象，不一定就能立即查明故障原因，但它为进一步确定故障根源创造了条件。12.软故障查寻法所谓软故障是相