单片机的智能多用表设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能多用表的发展背景 1
（二） 智能多用表的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心选择及51单片机介绍 3
（二） ADC0832模数转换器介绍 5
（三） DS18B20温度传感器介绍 6
（四） LCD1602液晶显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统方案设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统构建 10
（三） 电压电流采集电路设计 11
（四） DS18B20温度传感器电路设计 12
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） ADC0832转换流程设计 15
（三） DS18B20测温流程设计 16
（四） LCD1602显示流程设计 16
五、 仿真调试 18
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
智能多用表的发展背景
所谓智能多用表，就是指能够实现电压、电流、阻值以及温度等参数自动测量的控制系统，电压表、电流表在工业场合上出现的较早，早期的电压表、电流表全为机械式仪器，其表头全部采用电磁式表头，测量功能的实现主要依赖于电流的磁效应——当电流留过表头时，产生的磁场力使表头的指针角度发生偏转，从而针尖所指表盘的位置就为当前所测电压（电流或电阻值）的大小。这种机械式电压表（电流表）灵敏度较高，并且在测量电压或者电流时不需要外部供电，只有测电阻时才需要供电，测量结果较为精确；然而其测量结果需要人为读取，因此测量结果易受操作人员的错误读取方式而影响，另外表头的体积较大，使得这种电压表（电流表的整体体积较大）；其第三个缺点是当时用不当造成表头指针发生弯折时，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
生的磁场力使表头的指针角度发生偏转，从而针尖所指表盘的位置就为当前所测电压（电流或电阻值）的大小。这种机械式电压表（电流表）灵敏度较高，并且在测量电压或者电流时不需要外部供电，只有测电阻时才需要供电，测量结果较为精确；然而其测量结果需要人为读取，因此测量结果易受操作人员的错误读取方式而影响，另外表头的体积较大，使得这种电压表（电流表的整体体积较大）；其第三个缺点是当时用不当造成表头指针发生弯折时，测量结果就会极不准确，甚至报废。在机械式电压表取得广泛应用的同时，单片机技术以及半导体技术取得了快速的发展，以单片机作为主控核心的自动控制系统出现在工业控制领域并取得了广泛的应用，其中电子式万用表就是一种典型的代表，这种万用表取消了表头结构而被液晶屏幕取代，所有测试结果（电压值、电流值等）都通过液晶数字显示给使用者，使用者无需经过读取过程而可以通过液晶屏上的数字直接看到结果，数字式万用表的出现首先需要单片机系统的控制，另外还需要模数转换器模块，模数转换器简称AD，其作用是测量电压值并肩电压值转变成数字信号，传送给单片机进行处理，这种测量方案简单有效，并且整体结构无传统机械表中的复杂机械结构，因此测量过程全部由软件控制，在系统的修改上也非常简便，无需改动外部硬件结构，只需要在软件上进行调整即可。数字式万用表在经过长期的发展后已经得到了人们的认可，并逐渐取代机械式万用表，而随着传感器技术的迅猛发展，将各种功能各异的传感器嵌入到数字万用表已经逐渐成为一种新的趋势，这样就出现了比数字万用表功能更多的智能多用表仪器，智能多用表的智能之处体现于它能够实现更多参数的测量（如温度、磁场、电场等），另外它也引入了低功耗理念。本课题主要以智能多用表为课题，选用了AD转换器、温度传感器等模块，设计了一款智能多用表控制系统。
智能多用表的国内外发展现状
相关资料以及国内外文献显示，智能多用表控制系统目前在国内外都有着大批的研究者，由于新型单片机（处理器）的性能越来越强大，32位单片机的性价比越来越高，使得设计者或者很多兴趣小组都意识到有必要以往设计的控制核心以及相关传感器，以此来提高设计的性能和功能，并降低总体成本。前不久国外一个研究小组采用一种高速处理器结合高清晰度AD 转换器等必要模块设计了一款精度能够达到8位的高精度万用表，这种高精度万用表测试结果的分辨率能够达到小数点后8位，因此在一些精密场合具有很高的应用价值。
本文主要内容
本文主要设计了一款智能多用表控制系统，采用AT89C51型8位单片机作为主控核心，片外结合了ADC0832模数转换器、DS18B20温度传感器、液晶屏以及按键等模块构成了设计的硬件系统；在软件设计方面，通过C语言进行系统描述，在英国ARM公司推出的Keil软件上进行代码的编写和调试，并结合Proteus软件实现系统的联合仿真。在课题设计过程的描述上，首先通过Protel绘制原理图的形式来阐述硬件系统的设计过程，通过Visio绘制软件流程图的形式阐述软件系统的设计过程。
方案选择及元器件介绍
主控核心选择及51单片机介绍
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：采用ATMEL公司的AVR系列单片机，AVR单片机也是一种典型的单片机，有着广泛的使用人群。AVR单片机是ATMEL公司为了改进C51单片机速度慢而开发出的，这种单片机在推出后迅速的赢得了市场，因为很多应用已经无法忍受51单片机的处理速度了。由于51单片机在进入市场时还没有一套完善的稳定措施，为了得到较为稳定的性能，因此51单片机采用了机器周期概念，将主频降地非常的低，只有较低的主频才能保证稳定性。随着电子技术的发展，ATMEL公司的设计人员已经迅速的掌握了一套完善的稳定措施，抛弃了机器周期的概
一、 引言 1
（一） 智能多用表的发展背景 1
（二） 智能多用表的国内外发展现状 1
（三） 本文主要内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控核心选择及51单片机介绍 3
（二） ADC0832模数转换器介绍 5
（三） DS18B20温度传感器介绍 6
（四） LCD1602液晶显示器介绍 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 系统方案设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统构建 10
（三） 电压电流采集电路设计 11
（四） DS18B20温度传感器电路设计 12
（五） LCD1602液晶显示器电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 软件系统流程图设计 14
（二） ADC0832转换流程设计 15
（三） DS18B20测温流程设计 16
（四） LCD1602显示流程设计 16
五、 仿真调试 18
总结 21
致谢 22
参考文献 23
附录一 原理图 24
附录二 PCB图 25
附录三 元件列表 26
附录四 程序 27
引言
智能多用表的发展背景
所谓智能多用表，就是指能够实现电压、电流、阻值以及温度等参数自动测量的控制系统，电压表、电流表在工业场合上出现的较早，早期的电压表、电流表全为机械式仪器，其表头全部采用电磁式表头，测量功能的实现主要依赖于电流的磁效应——当电流留过表头时，产生的磁场力使表头的指针角度发生偏转，从而针尖所指表盘的位置就为当前所测电压（电流或电阻值）的大小。这种机械式电压表（电流表）灵敏度较高，并且在测量电压或者电流时不需要外部供电，只有测电阻时才需要供电，测量结果较为精确；然而其测量结果需要人为读取，因此测量结果易受操作人员的错误读取方式而影响，另外表头的体积较大，使得这种电压表（电流表的整体体积较大）；其第三个缺点是当时用不当造成表头指针发生弯折时，
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
生的磁场力使表头的指针角度发生偏转，从而针尖所指表盘的位置就为当前所测电压（电流或电阻值）的大小。这种机械式电压表（电流表）灵敏度较高，并且在测量电压或者电流时不需要外部供电，只有测电阻时才需要供电，测量结果较为精确；然而其测量结果需要人为读取，因此测量结果易受操作人员的错误读取方式而影响，另外表头的体积较大，使得这种电压表（电流表的整体体积较大）；其第三个缺点是当时用不当造成表头指针发生弯折时，测量结果就会极不准确，甚至报废。在机械式电压表取得广泛应用的同时，单片机技术以及半导体技术取得了快速的发展，以单片机作为主控核心的自动控制系统出现在工业控制领域并取得了广泛的应用，其中电子式万用表就是一种典型的代表，这种万用表取消了表头结构而被液晶屏幕取代，所有测试结果（电压值、电流值等）都通过液晶数字显示给使用者，使用者无需经过读取过程而可以通过液晶屏上的数字直接看到结果，数字式万用表的出现首先需要单片机系统的控制，另外还需要模数转换器模块，模数转换器简称AD，其作用是测量电压值并肩电压值转变成数字信号，传送给单片机进行处理，这种测量方案简单有效，并且整体结构无传统机械表中的复杂机械结构，因此测量过程全部由软件控制，在系统的修改上也非常简便，无需改动外部硬件结构，只需要在软件上进行调整即可。数字式万用表在经过长期的发展后已经得到了人们的认可，并逐渐取代机械式万用表，而随着传感器技术的迅猛发展，将各种功能各异的传感器嵌入到数字万用表已经逐渐成为一种新的趋势，这样就出现了比数字万用表功能更多的智能多用表仪器，智能多用表的智能之处体现于它能够实现更多参数的测量（如温度、磁场、电场等），另外它也引入了低功耗理念。本课题主要以智能多用表为课题，选用了AD转换器、温度传感器等模块，设计了一款智能多用表控制系统。
智能多用表的国内外发展现状
相关资料以及国内外文献显示，智能多用表控制系统目前在国内外都有着大批的研究者，由于新型单片机（处理器）的性能越来越强大，32位单片机的性价比越来越高，使得设计者或者很多兴趣小组都意识到有必要以往设计的控制核心以及相关传感器，以此来提高设计的性能和功能，并降低总体成本。前不久国外一个研究小组采用一种高速处理器结合高清晰度AD 转换器等必要模块设计了一款精度能够达到8位的高精度万用表，这种高精度万用表测试结果的分辨率能够达到小数点后8位，因此在一些精密场合具有很高的应用价值。
本文主要内容
本文主要设计了一款智能多用表控制系统，采用AT89C51型8位单片机作为主控核心，片外结合了ADC0832模数转换器、DS18B20温度传感器、液晶屏以及按键等模块构成了设计的硬件系统；在软件设计方面，通过C语言进行系统描述，在英国ARM公司推出的Keil软件上进行代码的编写和调试，并结合Proteus软件实现系统的联合仿真。在课题设计过程的描述上，首先通过Protel绘制原理图的形式来阐述硬件系统的设计过程，通过Visio绘制软件流程图的形式阐述软件系统的设计过程。
方案选择及元器件介绍
主控核心选择及51单片机介绍
方案一：选择8位的51内核单片机作为主控核心，由于51单片机进入中国学生的视野比较早，它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材，因此具有广泛可使用的资料和现成例程，其库函数目前也比较丰富，因此在使用时比较容易上手，尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机，这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的，STC89C51是国内的宏晶公司推出的，两者相互兼容，另外最基本的C51单片机采用串口下载程序，不需要昂贵的仿真器，因此成本非常低。但是其缺点也非常明显，由于C51单片机比较基础，因此其内部资源非常贫乏，只集成了UART、定时器等模块，中断资源比较少，只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断，其他管脚无中断能力，因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色，如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时，需要在片外扩展相关芯片，因此电路形式将显得复杂。
方案二：采用ATMEL公司的AVR系列单片机，AVR单片机也是一种典型的单片机，有着广泛的使用人群。AVR单片机是ATMEL公司为了改进C51单片机速度慢而开发出的，这种单片机在推出后迅速的赢得了市场，因为很多应用已经无法忍受51单片机的处理速度了。由于51单片机在进入市场时还没有一套完善的稳定措施，为了得到较为稳定的性能，因此51单片机采用了机器周期概念，将主频降地非常的低，只有较低的主频才能保证稳定性。随着电子技术的发展，ATMEL公司的设计人员已经迅速的掌握了一套完善的稳定措施，抛弃了机器周期的概
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