智能数字万用表（H 题）
【高职高专组】
摘要：本智能数字万用表以A/D转换器MC14433为核心构成的3-1/2自动量程数字万用表。具有测量一定范围的直流电压、交流电压和电阻功能，使用单片机运算控制多路模拟开关CD4051/CD4052实现自动转换量程，直流电压直接通过MC14433和单片机处理送往LCD 显示测量数值，交流电压和电阻转换为直流电压经过运算放大器配置的相应电路处理，处理的数据再输入到MC14433，通过单片机处理，数据送到LCD 显示测量数值，通过测试该智能数字万用表测量精确，配液晶显示屛，具有亮度高、读数清晰、适合夜间观察等优点。
关键词：MC14433；单片机；运算放大器；LCD ；
Intelligent DMM（H ）
Abstract ：This intelligent DMM is a ARCDMM which the core is a MC14433, it has function of Measuring within limits VDC、ADC and resistance, it uses MCU for operating to control multipath analog switch-CD4051/CD4052 completing ARC transforming, ADC across directly the MC14433 and the MCU to LCD which display the data, VDC and resistance transform to be ADC by treating with the relevant circuit of the OP, completing data input to MC14433 , treating with MCU and inputting to the LCD for displaying data, with testing the intelligent DMM which is exactitude, also LCD is bright, clear, suit for watching in night. Keywords: MC14433; MCU; OP; LCD
1 方案论证与比较
1.1 量程转换的设计方案论证与选择
方案一：采用输入衰减器。将测量电压按比例衰减再用模拟开关CD4051控制。R1、
R2、R3采用精密电阻，由于精密电阻所产生的干扰小，所以不会对所测量的电压或电阻值产生大的测量误差。
图1.1 使用分压电阻选择量程
方案二：采用程控放大器。
图1.2 可控放大器电路
S1、S2、S3三个模拟开关由单片机控制，分别完成放大1、10、100倍的功能，S1、S2、S3的闭合情况由单片机根据V o 的值自动完成，能实现自动量程转换功能；同时采用了同相放大器，输入阻抗R if ＝R i ×（1＋AF ）, 满足输入电阻≥10M 。此电路的缺点为：不能实现差分输入，且抗共模干扰能力还需加强 。
方案一具有成本低，很容易实现的特点，因此我们选用方案一。
1.2 电阻转换电路设计方案论证与选择
方案一：采用比例法测量电路。即使基准电压存在一定偏差或在测量过程中有些波动，也不会增加测量误差，因此可降低对基准电压的要求。但考虑到MC14433的引脚特点，基准电压加在基准电阻两端会使用较多的附加电路，从而增加电路的复杂程度，反而会引入更多的干扰。
图1.3 比例法测量电路
方案二：采用运放测量电阻。一种比较简单的转换电路。如图1.4所示, 被测电阻
R x 接在反馈回路上，标准电阻R N 接在输入回路上，U R 是基准电压，由图可知I=UR /RN 。
U R
R x
R N
式中： U R —基准电压； R N —标准电阻。
U o =-IR x =-
显然U o 与R x 成正比，从而实现了R/U转换。改变R N 即可改变量程。
图1.4 运放测量电阻电路
综上所述，我们选择方案一。
2 系统设计
2.1 总体设计
本系统采用U-T （电压-时间）模式对被测量进行测量。
根据被测量的交直流电压和电阻，选择不同的档位。对于被测的交流电压，需要进行AC/DC变换，而对于电阻，则需要进行R-U 变换。变换后的电压量与MC14433的参考电压进行比较，从而输出测量值，然后经过单片机处理后送到LCD 进行显示。
根据系统所要求的档位，我们选择200mV 作为参考电压。 系统的总体框图如图2.1所示：
图2.1 系统结构方框图
2.2 单元电路设计
2.2.1 交流电压和电阻转换电路
将交流电压转换为直流电压，可以实现交流电压的测量。为了提高测量交流电压的线性AC/DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准。调整该电位器可使数字表的显示值等于被测交流电压的有效值。
灵敏度和准确度，通常采用全波检波电路（线性整流电路），再用滤波器滤除纹波。
+5V
图2.2 交流电压转换为直流电压
调整可变电阻，就可以使输出的信号达到所需要的值。
图2.3 电阻转换为直流电压
图中的R4 R5 R6 R7为精密的参考电阻。 2.2.2 A/D转换MC14433
数字万用表的核心是A/D转换，我们使用的是MC14433。其电路图如图2.4所示：
图2.4 MC14433转换电路
MC1403为MC14433提供准确的200mV 的参考电压，LED 为超量程时的指示灯。
由于参考电压值为200mV ，根据计算，R1的值为27k 。它与单片机的接口如图中所示：
2.2.3 系统电源
由于本系统中所使用的电源包括12V 及5V 两种，故系统电源采用220V 交流电源经桥式整流后，用7905，7805，7912，7812稳压块提供系统所用的电源。 2.2.4 其它设计
通过软件控制CD4051，CD4052来实现直流电压测量时的自动量程转换功能，同时通过单片机扫描按键来实现自动关机功能，及实现相对误差测试功能。
3 软件设计
单片机程序流程图：
图3.1 单片机程序流程图
参考文献
1. 高吉祥主编, 黄智伟、陈和、胡见堂等编著. 高频电子线路[M]. 北京：电子工业出版社，2003年第1版
2. 高吉祥主编, 高天万副编, 陈和, 朱卫华等编著. 模拟电子技术[M]. 北京：电子工业出版社，2004年第1版
3. 黄智伟主编，王彦，陈文光，朱卫华等编著. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[M]. 北京：电子工业出版社，2005年第1版
4. 谢自美主编，阎树兰，赵云娣，朱如琪等编著. 电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2002年第2版
5. 全国大学生电子设计竞赛湖北赛区组委会. 电子系统设计实践[M].湖北：华中科技大学出版社，2005年第1版
6．郑学坚，周斌. 微型计算机原理及应用[M].北京：清华大学出版社1995年第2版 7. 童诗白. 华成英. 模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001年第3版
附件一 系统原理框图
附件二 源程序（部分）
void lcdinit(void) //lcd { RST=1; PSB=0;
writecommand(0X30); writecommand(0X03); writecommand(0X0c); writecommand(0X01); writecommand(0X06); }
void delay1(uint day1) {uchar j;
while(day1-->0) { for(j=0;j
}
void delay2(uchar day2) {uchar j;
while(day2-->0) { for(j=0;j
}
void duzhi(void) //读14433的电压值 { uchar i; DU_ECO=1; while(DU_ECO==0); do
{ while(DU_ECO==1); shuju=AD14433;
}while(DS1==0);
if(DS0==0)ch[0]=0x01;
else
ch[0]=0;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS2==0);
shuju&=0x0F;
ch[1]=shuju;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS3==0);
shuju&=0x0F;
ch[2]=shuju;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS4==0);
shuju&=0x0F;
ch[3]=shuju;
for(i=0;i
{ch[i]|=0x30;
}
//switch
}
void dianya(void) //直流和交流电压数据的处理{ uchar i;
switch(dang){
case 0x03:{
writecommand(0x93);
for(i=0;i
{
writedata(ch[i]);
}
writedata(0x6D);
writedata(0x56);
11
}break;
case 0x04:{
writecommand(0x93); writedata(ch[0]); writedata(0x2e); for(i=1;i
writedata(ch[i]); }
writedata(0x56); }break;
case 0x05:{
writecommand(0x93); writedata(ch[0]);
writedata(ch[1]);
writedata(0x2e);
for(i=2;i
{
writedata(ch[i]);
}
writedata(0x56);
}break;
}
}
//主函数
void main()
{ uchar i;
U1=0;
U2=0;
U3=0;
U4=0;
IT0=0;
EX0 = 1; //开CTC0中断 EA = 1; //开总中断 12
lcdinit();
//bianma=0x2a;
//P2=bianma;
writecommand(0x80); for(i=0;i
writedata(tab1[i]); }
delay1(1000);
writecommand(0x01); writecommand(0x90); for(i=0;i
writedata(tab3[i]); }
while(1)
{
duzhi();
xianshi();
delay1(1000);
}}
13
附件三 主要元器件清单
元件名称
OPA335
MC14433
MC1403
AT89S52
CD4051(TI)
CD4052(TI)
LCD
数量 3 1 2 1 1 3 1 14
智能数字万用表（H 题）
【高职高专组】
摘要：本智能数字万用表以A/D转换器MC14433为核心构成的3-1/2自动量程数字万用表。具有测量一定范围的直流电压、交流电压和电阻功能，使用单片机运算控制多路模拟开关CD4051/CD4052实现自动转换量程，直流电压直接通过MC14433和单片机处理送往LCD 显示测量数值，交流电压和电阻转换为直流电压经过运算放大器配置的相应电路处理，处理的数据再输入到MC14433，通过单片机处理，数据送到LCD 显示测量数值，通过测试该智能数字万用表测量精确，配液晶显示屛，具有亮度高、读数清晰、适合夜间观察等优点。
关键词：MC14433；单片机；运算放大器；LCD ；
Intelligent DMM（H ）
Abstract ：This intelligent DMM is a ARCDMM which the core is a MC14433, it has function of Measuring within limits VDC、ADC and resistance, it uses MCU for operating to control multipath analog switch-CD4051/CD4052 completing ARC transforming, ADC across directly the MC14433 and the MCU to LCD which display the data, VDC and resistance transform to be ADC by treating with the relevant circuit of the OP, completing data input to MC14433 , treating with MCU and inputting to the LCD for displaying data, with testing the intelligent DMM which is exactitude, also LCD is bright, clear, suit for watching in night. Keywords: MC14433; MCU; OP; LCD
1 方案论证与比较
1.1 量程转换的设计方案论证与选择
方案一：采用输入衰减器。将测量电压按比例衰减再用模拟开关CD4051控制。R1、
R2、R3采用精密电阻，由于精密电阻所产生的干扰小，所以不会对所测量的电压或电阻值产生大的测量误差。
图1.1 使用分压电阻选择量程
方案二：采用程控放大器。
图1.2 可控放大器电路
S1、S2、S3三个模拟开关由单片机控制，分别完成放大1、10、100倍的功能，S1、S2、S3的闭合情况由单片机根据V o 的值自动完成，能实现自动量程转换功能；同时采用了同相放大器，输入阻抗R if ＝R i ×（1＋AF ）, 满足输入电阻≥10M 。此电路的缺点为：不能实现差分输入，且抗共模干扰能力还需加强 。
方案一具有成本低，很容易实现的特点，因此我们选用方案一。
1.2 电阻转换电路设计方案论证与选择
方案一：采用比例法测量电路。即使基准电压存在一定偏差或在测量过程中有些波动，也不会增加测量误差，因此可降低对基准电压的要求。但考虑到MC14433的引脚特点，基准电压加在基准电阻两端会使用较多的附加电路，从而增加电路的复杂程度，反而会引入更多的干扰。
图1.3 比例法测量电路
方案二：采用运放测量电阻。一种比较简单的转换电路。如图1.4所示, 被测电阻
R x 接在反馈回路上，标准电阻R N 接在输入回路上，U R 是基准电压，由图可知I=UR /RN 。
U R
R x
R N
式中： U R —基准电压； R N —标准电阻。
U o =-IR x =-
显然U o 与R x 成正比，从而实现了R/U转换。改变R N 即可改变量程。
图1.4 运放测量电阻电路
综上所述，我们选择方案一。
2 系统设计
2.1 总体设计
本系统采用U-T （电压-时间）模式对被测量进行测量。
根据被测量的交直流电压和电阻，选择不同的档位。对于被测的交流电压，需要进行AC/DC变换，而对于电阻，则需要进行R-U 变换。变换后的电压量与MC14433的参考电压进行比较，从而输出测量值，然后经过单片机处理后送到LCD 进行显示。
根据系统所要求的档位，我们选择200mV 作为参考电压。 系统的总体框图如图2.1所示：
图2.1 系统结构方框图
2.2 单元电路设计
2.2.1 交流电压和电阻转换电路
将交流电压转换为直流电压，可以实现交流电压的测量。为了提高测量交流电压的线性AC/DC变换器主要由集成运算放大器、整流二极管、RC 滤波器等组成，还包含一个能调整输出电压高低的电位器，用来对交流电压档进行校准。调整该电位器可使数字表的显示值等于被测交流电压的有效值。
灵敏度和准确度，通常采用全波检波电路（线性整流电路），再用滤波器滤除纹波。
+5V
图2.2 交流电压转换为直流电压
调整可变电阻，就可以使输出的信号达到所需要的值。
图2.3 电阻转换为直流电压
图中的R4 R5 R6 R7为精密的参考电阻。 2.2.2 A/D转换MC14433
数字万用表的核心是A/D转换，我们使用的是MC14433。其电路图如图2.4所示：
图2.4 MC14433转换电路
MC1403为MC14433提供准确的200mV 的参考电压，LED 为超量程时的指示灯。
由于参考电压值为200mV ，根据计算，R1的值为27k 。它与单片机的接口如图中所示：
2.2.3 系统电源
由于本系统中所使用的电源包括12V 及5V 两种，故系统电源采用220V 交流电源经桥式整流后，用7905，7805，7912，7812稳压块提供系统所用的电源。 2.2.4 其它设计
通过软件控制CD4051，CD4052来实现直流电压测量时的自动量程转换功能，同时通过单片机扫描按键来实现自动关机功能，及实现相对误差测试功能。
3 软件设计
单片机程序流程图：
图3.1 单片机程序流程图
参考文献
1. 高吉祥主编, 黄智伟、陈和、胡见堂等编著. 高频电子线路[M]. 北京：电子工业出版社，2003年第1版
2. 高吉祥主编, 高天万副编, 陈和, 朱卫华等编著. 模拟电子技术[M]. 北京：电子工业出版社，2004年第1版
3. 黄智伟主编，王彦，陈文光，朱卫华等编著. 全国大学生电子设计竞赛训练教程[M]. 北京：电子工业出版社，2005年第1版
4. 谢自美主编，阎树兰，赵云娣，朱如琪等编著. 电子线路设计·实验·测试[M].武汉：华中科技大学出版社，2002年第2版
5. 全国大学生电子设计竞赛湖北赛区组委会. 电子系统设计实践[M].湖北：华中科技大学出版社，2005年第1版
6．郑学坚，周斌. 微型计算机原理及应用[M].北京：清华大学出版社1995年第2版 7. 童诗白. 华成英. 模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001年第3版
附件一 系统原理框图
附件二 源程序（部分）
void lcdinit(void) //lcd { RST=1; PSB=0;
writecommand(0X30); writecommand(0X03); writecommand(0X0c); writecommand(0X01); writecommand(0X06); }
void delay1(uint day1) {uchar j;
while(day1-->0) { for(j=0;j
}
void delay2(uchar day2) {uchar j;
while(day2-->0) { for(j=0;j
}
void duzhi(void) //读14433的电压值 { uchar i; DU_ECO=1; while(DU_ECO==0); do
{ while(DU_ECO==1); shuju=AD14433;
}while(DS1==0);
if(DS0==0)ch[0]=0x01;
else
ch[0]=0;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS2==0);
shuju&=0x0F;
ch[1]=shuju;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS3==0);
shuju&=0x0F;
ch[2]=shuju;
do
{shuju=AD14433;
}while(DS4==0);
shuju&=0x0F;
ch[3]=shuju;
for(i=0;i
{ch[i]|=0x30;
}
//switch
}
void dianya(void) //直流和交流电压数据的处理{ uchar i;
switch(dang){
case 0x03:{
writecommand(0x93);
for(i=0;i
{
writedata(ch[i]);
}
writedata(0x6D);
writedata(0x56);
11
}break;
case 0x04:{
writecommand(0x93); writedata(ch[0]); writedata(0x2e); for(i=1;i
writedata(ch[i]); }
writedata(0x56); }break;
case 0x05:{
writecommand(0x93); writedata(ch[0]);
writedata(ch[1]);
writedata(0x2e);
for(i=2;i
{
writedata(ch[i]);
}
writedata(0x56);
}break;
}
}
//主函数
void main()
{ uchar i;
U1=0;
U2=0;
U3=0;
U4=0;
IT0=0;
EX0 = 1; //开CTC0中断 EA = 1; //开总中断 12
lcdinit();
//bianma=0x2a;
//P2=bianma;
writecommand(0x80); for(i=0;i
writedata(tab1[i]); }
delay1(1000);
writecommand(0x01); writecommand(0x90); for(i=0;i
writedata(tab3[i]); }
while(1)
{
duzhi();
xianshi();
delay1(1000);
}}
13
附件三 主要元器件清单
元件名称
OPA335
MC14433
MC1403
AT89S52
CD4051(TI)
CD4052(TI)
LCD
数量 3 1 2 1 1 3 1 14