是电压量）转换为数字信号的形式，通过相关的处理（包括存储、传输、计算等）再进行显示。数字信号是量化的模拟信号，若将最小的量化单位记为Δ，那么数字信号的大小一定为Δ的整数倍。该倍数可以用二进制数码表示，但为了便于直观地读数，通常把数码进行译码后，由数码管或液晶屏幕显示。
当模拟信号经过量化之后，还需要进行编码处理，是用二进制码组表示固定电平的量化值（王兴亮等，2009）。目前普遍使用的是非线性的8位二进制编码，可以将输入的幅度范围分成256个量化级。
由此可知，数字万用表测量的核心步骤是模数转换以及译码显示，其中模数转换又可以分为量化及编码两大步骤。 3.1.2 多量程数字电压表原理
图5 分压电路的原理
如图5所示，在基准数字电压表头前加上一级电压信号衰减电路（分压电路），可以扩展直流电压测量的量程。图中，Vo为输出电压，基准电压表的量程为2V，四个分压电阻串联值为10MΩ，则第4个开关接入时输入电压Vi可以达到2000V，同理可得其他档位量程分别为2V、20V、200V、200V。但基于测试安全性，第4档测试电压不应高于500V（杨刚等，2009）。 3.1.3 多量程数字电流表原理
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图6 分流电路的原理
如图6电路所示，万用表测量电流的原理是，用合适的取样电阻，将待测的电流量根据欧姆定律转换为电压量，才能进行测量。若取样电阻阻值为R，根据欧姆定律，可以获得被测电流Ii的值。
在基准数字电流表头前在加上电流信号衰减电路（分流电路），即可实现直流电流测量量程的扩展。如上图所示，四个电阻串联值是1kΩ，若选取第1挡，并使输出电压不超过2V，即可计算出Ii必须小于等于2mA。同理可计算出其他档位的满量程电流分别为20mA、200mA、2A。 3.1.4 电阻测量原理
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图7 电阻-电压变换电路的原理
数字万用表通常采用电阻-电压变换电路来测量电阻（欧姆档）。如图7所示电路，VDZ1是2.7V稳压管，是一种用特殊工艺制造的硅半导体二极管（康华光，2006）。VT1、VT2、VDZ1组成恒流源，保持V3的值恒定不变。V3的值等于V1电压减去VDZ1上的电压，约为2.3V。VT3的基极电压亦保持不变，若VT3基极和发射极之间的电压为0.5V，则可知V2的值恒为2.8V左右，并可得出VT3集电极电流的IC3也是恒定的。
其中，接在VT3的发射极上的一组电阻是基准电阻，按档位不同分别是：2.2kΩ、22kΩ、220kΩ、2MΩ。通过选择不同的档位开关，可以得到恒定的、不同倍率的电流IC3，它的电流分别是1mA、0.1mA、0.01mA、0.001mA。RX是待测电阻，接在VT3的集电极上，当恒定电流IC3流经时，产生电压VX，测量VX则可推算出待测电阻的阻值。RW用于调整恒流源IC3的大小，VD3作为保护管，当电阻档所加的电压过高时，VD3对VT3有保护作用。
3.2 硬件系统总体设计框图
如图8所示，本设计将由以下几大部分组成。包括：复位电路、震荡电路、A/D转换和控制、测量值输出、超量程报警和档位选择。
其中，复位电路用于单片机上电复位使系统清零；震荡电路为单片机提供精确的时钟频率，使电路工作更加稳定；A/D转换和控制部分负责模数转换及输入输出信号的控制；测量值输出则负责显示待测物理量大小的数值；超量程报警用于超出量程范围时的报警提示，提醒使用者更换量程。
复位电路 主控单元 测量值显示 震荡电路 超量程报警 A/D输入
3.3 硬件电路所用芯片及元件介绍
3.3.1 STC的89C52单片机的特点及功能介绍
（1）89C52单片机的主要特点及功能特性
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A/D使能 图8 硬件系统总体设计框图
89C52是一款低电压，高性能的8位CMOS型单片机，片内有8k字节以Flash闪存为介质的，能擦写的只读程序存储器及256字节的随机存取数据存储器。89C52型单片机仍属于51单片机家族群，都支持一个共同的指令集（MSC-51），但各自拥有不同的存储器容量及端口设置等内置资源，使其更符合成本效益的需要，满足特定的场合的生产需求（David Calcutt et al,2004）。该单片机在嵌入式控制应用系统中有着广泛的应用。
89C52具有以下几个主要特点： 1．体积小但集成度高、可靠性较高：
该单片机把各个功模块集成在一块芯片上，内部采用总线结构，将各种信号的通道封装在同一个芯片中，减少了与其他芯片之间的连线，大大提高了可靠性与线路的抗干扰能力。
2．控制能力较强：
一般单片机的指令系统中均有极为丰富的转移指令、存储器读写指令、I/O口的逻辑操作以及位处理功能，满足工业控制的各种要求。
3．易于扩展：
单片机片内已经具有计算机正常运行时所必需的部件，但仍然预留了很多片外扩展用的引脚（各种总线，并行/串行的输入/输出），易于组成更庞大计算机系统完成更复杂的任务（王卫星，2009）。
4．内部功能较强：
单片机有着各种的内部资源，功能强大。 5．低功耗、低电压，便于生产便携式产品。 下面介绍89C52单片机的主要功能特性： 1．兼容标准的MCS-51的指令系统；
2．内置8k字节可擦写的闪存ROM（Read-Only Memory）； 3．4组共32个双向I/O口； 4．256×8位大小的内部RAM； 5．3个16位可编程定时/计数器中断； 6．支持3.5-12/24/33MHz多种时钟频率；
7．1个全双工可编程的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitte）串行口； 8．6个中断源，4级优先级中断结构；
9．2个W/R（Write/Read）读写中断口，3级加密位；
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10．低功耗空闲和掉电节省模式，带有软件设置睡眠及相应的唤醒功能； 11．有PDIP及 PLCC两种封装形式。 （2）89C52单片机的引脚功能
图9 89C52单片机微架构图
图10 89C52单片机引脚图
下面介绍89C52单片机引脚主要功能： 1．4组I/O口
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