基于单片机的万用表设计

　　1 工作原理

　　万用表是电气、电子行业中常用的仪器之一，本文通过对MCS-51单片机进行电路及软件开发，实现电阻、电感、电容的精确测量，同时利用DDS芯片发生任意频率波形。其系统整体结构框图如图1所示。

　　单片机取得按键值，从而判断工作模式，具体测量不同类型由硬件或软件选通相应电路。

　　电阻：被测电阻与内部已知电阻串联，测其公共端电压与两电阻总电压。

　　电容：采用被测电阻与内部已知电阻构成RC CMOS振荡器，记录其频率通过C=l/πRf求得(C：电容值，R：电阻值，f：频率值)。

　　电感：利用被测电感与内部已知电容构成LC振荡电路，记录其频率通过求得(f：频率值，L：电感值，C：电容值)。

　　频率：将被测信号接入单片机单位时间内脉冲个数，以计算频率值f=m/t(f：频率值，m：脉冲个数，t：时间)。

　　信号发生：采用DDS芯片AD9850芯片。通过单片机控制其频率及相位。

　　数据储存：采用24C04 E2PROM进行数据的存储，实现数据调回。

　　2 电阻测量模块

　　2.1 电阻测量模块设计

　　如图2所示，基于AD芯片PCF8591的4路8位AD中的一路。由于此为8位AD，被测电阻Rx与Ro之间有Ro/256

　　2. 2 电阻模块工作原理

　　如上图所示，当单片机接到测电阻阻值通知时(通过按键在液晶界面选择)，单片机会首先拉低高阻挡的三极管Q1打开，测得电压值，计算后电阻值若大于5.5MΩ显示0L M，若小于24k Ω时关断Q1打开Q2选通低阻挡测定电压值，计算电阻值。

　　2.3 电阻模块与单片机系统的连接

　　电阻模块共有五根导线与其它电路连接：一根是电源(+5V)、公共端的AD输出端、高阻挡选通端、低阻挡选通端、另一根是地线(GND)。

　　2.4 电路参数及计算

　　电路根据：Ro/Rx=Uo/Ux

　　已知串联总电压是5V：Uo=5-Ux

　　所以Rx=R0×Ux/(5-Ux)

　　3 电容电感模块

　　3.1 电容电感模块的设计

　　如图3、图4，为搭建RC振荡器和LC振荡电路，本系统采用了4路与非门芯片CD4011。

　　如图5，由于CD4011为两输入的与非门，通过控制一脚可以控制LC和RC的起振。

　　3.2 电容电感模块工作原理

　　如图6，由U1D为中心构成LC振荡电路，由C1、C2、C3、C4有振荡器电容U1D的12脚为控制脚，Sal、Sa2、Sb1、Sb2为转换开关S的两个位置，在S打在1位置时两个表笔分别跟Sa1、Sb1接通。打在2位置时两表笔分别与Sa2、Sb2接通。U1C为频率输出脚。由U1B、U1A为中心构成RC振荡电路，U1B单元6脚为控制脚。