本设计要测包括交直流在内的7个量各被测量的测量范围为：电阻为0~1MΩ、电容为100pF~100μF、电感为100μH~1H、电流为1mA~10A、交流电压为0~7V、直流电压0~100V。对于显示设计，本设计打算使用4个LED8段数码管来进行数据显示，因为数码管只能显示4位且无法显示单位所以本设计加入了档位选择。本设计的四位显示小数点保留一位。所以倒数第二个数码管的小数点长亮。文献综述

本设计先将被测量转换成频率，由计数器来对各种转换出来的频率测量，通过调用单片机核来计算所测频率代表的模拟量，单片机核所调用的计算程序及所测量单位由外部开关决定。

1.4 本章小结

本章主要讲述了测量仪器的现今发展状况。叙述了研究本论文的背景与意义。还给分析了一下国内外在这方面的发展趋势与国内外的现状，现今国外这方面发展比较快，国内由本来的弱势逐渐变强，更新换代越来越快。所以更说明了本设计研究的重要意义。未来的仪器像数字电表等会更精确，更方便。还叙述了本人对本课题的认识以及设计思路。

2硬件设计

2.1总体方案设计

 图2-1 数字万用表系统结构图

本设计的数字万用表的系统结构图如图2-1所示，系统由R/f变换模块，C/f变换模块，L/f变换模块，V/f变换模块，I/V变换模块[1]来实现对电阻、电容、电感、交直流电压电流的检测，进行检测同时把开关打到所测档位，单片机识别档位控制数据选择器通断同时产生闸门信号，转化过程通过闸门信号控制。当闸门信号变为高电平后转换开始，数据选择器的输出脉冲通过与门给计数器计数。由于闸门信号是固宽，在一定闸门时间内的计数。计数次数为N，为了避免转换过程中数字跳动所以在计数器输出端加上寄存器。当转换结束后，用闸门信号的下降沿将计数器状态存入寄存器中，同时闸门信号下降沿触发单稳态触发器，用单稳态触发器的触发脉冲将计数器清0。通过调用单片机核读取寄存器内数据，调用程序来进行数据处理输出到LED显示模块。其计数次数N为

                            （2-1）

2.2 检测部分设计

2.2.1 R/f变换模块

测量的常用方法是电桥法，阻R可以用直流电桥来测量，电感L和电容C可以用交流电桥来测量。如下图2-2所示。

图2-2 平衡电桥法

当电桥平衡时，此时的电流表应该没有示数。此时，R1=R3，所以，当改变电阻R2的大小时，且电流表的读数为零，那么，R4=R2。这样我们就可以求出电阻R4的阻值大小了。通过改变电阻，电容的参数来平衡电桥，我们能够求出电阻、电容、电感的大小但是这种测量方法也有不足之处，电阻的改变一般我们只能自己动手，同时太过于简单的电路也很难实现电桥平衡，这样使用电桥法没有办法成功自动检测出结果。所以，本设计要先将电阻、电容、电感、电压、电流的模拟量转换成CPLD容易测量的频率信号。

本设计采用555时基电路将电阻转换成频率。555定时器的引脚和功能[2]如下表2-1。来`自^优尔论*文-网www.youerw.com

表2-1 555定时器的引脚和功能

引脚编号 符号 功能说明

图2-3 555正弦波振荡电路

由555定时器芯片连接的多谐振荡器如图2-3所示，管脚4和8接电源VCC，电路中将管脚2和管脚6并接，并接后接到外接的R2和C2的连接处，将管脚7连接在外接电阻R1，R2的连接处。多谐振荡器是一种自激振荡电路，它能够产生矩形波，在矩形波中不仅能产生基波还会产生很多的高次谐波。多谐振荡器是不存在稳态的，只存在两个暂稳态，一些本来自身原因导致下，电路就在两个暂稳态之间来回跳动，所以它又是一个无稳态电路