电子信息工程专业数字电压表设计

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1、数字电压表设计姓名：袁月专业：电子信息工程班级：电子（1）班学号：时间：2016年3月9日一、功能数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表.传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足现代测量的需求，采用单片机的数字电压表，它的精度高、抗干扰能力强。可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，有各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能测量领域，与此同时，也能把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。该系

2、列产品是一种高精度的安装式仪表.本设计为简易直流数字电压表,A/D转换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用MCS-51单片机借助软件实现数字显示功能，自动校零、LED显示等功能时采用AT89C51单片机编程实现直流电压表量程的自动转换。二、总体设计思路1、总体电路构成(1)要求简易直流数字电压表可以测量0-5V的2路输入电压值。(2)轮流显示或单路选择显示。(3)测量最小误差约为0.05V。(4)另加测量温度值。(5)尽管数字电压表的输入阻抗可以达到1000兆欧姆，但是，这个阻抗仅仅是对输入信号而言的，与通常电力系统泛称的“绝缘电阻”有着天壤之别！因此，千万不能把高于芯片供电电

3、压的任何电压输入到电路中！以免造成损失或者危险。(6)数字电压表(数字面板表)属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果，其使用的电阻要求精度均不能低于1%，在分流、分压和标准电阻链中，最好能够使用0.5%或者0.1%精度的电阻。电路中使用的电容器也要求使用一种俗称为CBB的电容，除各别地方之外，一般是不能使用瓷介电容的。(7)不要在电路本身没有送上工作电源的时候就加上信号，这很容易损坏芯片。总体结构框图本系统由输入放大与量程转换电路、A/D转换电路、单片机计数控制电路、LED数字显示器构成。电路内部总体结构框图如图所示。2、单元电路设计(1)输入放大与量程自动转换电路的设

4、计输入放大与量程自动转移电路的主要作用是提高输入阻抗和完成量程转换，本设计采用MCS-51集成运算放大器构成同相比例放大电路，以提高电路的输入阻抗，模拟开关以滑动变阻器为主，在单片机的控制下形成不同的通断组合，实现量程的自动转换和自动校零功能。(2)A/D转换器的设计A/D转换器具有抗干扰能力强的特点，在采用零点校准的前提下，其转换精度也可以做得很高，但显著的不足是转换速度较慢，并且分辨率越高，其转换速度也就越慢，因此本设计采用了A/D转换器，可以较好的改善转换速度慢的缺点，它的转换速率分辨率的乘积比传统的双积分式A/D转换器提高至少两个数量级。(3)单片机计数、控制电路设计通过

5、对A/D转换器的方案分析，本设计采用的单片机编程实现A/D转换，脉冲的计数功能由单片机实现，所以对单片机的速度提出了较高的要求，基本要求分辨率为11位，转换速度不低于2次/S，发挥部分要求分辨率15位，采用MCS-51单片机实现控制和脉冲计数，采用16MHZ晶振，完全能满足分辨率15位和转换速度2次/S的要求。(4)显示电路显示是电路采用数码管显示器，可显示各种字体的数字、字母，还可以自定义内容，增加了显示的美观性与直观性，最重要的是提供了友好的人机界面。同时LED8段数码管有静态显示和动态显示两种方式。静态显示方式的各位数码管相互独立，公共端恒定接地或接正电源。每一个字段都要独

6、占一条I/O口只要有断码输出，显示器就可以显示出所要显示的字符，如果CPU不改写，则一直保持下去。动态显示方式下各位数码管的段选线相应并连在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的为选线有另外的I/O口控制。三、系统硬件电路1、硬件电路本次设计是以单片机AT89C51芯片、A/D转换器为核心设计的一个简易的电压测电压电路，在硬件方面，通过一个可变电阻调节输入电压的变化来反映所检测到的电压变化。此变化的电压通过ADC0809的一个通道（INO）送入并进行A/D转换后的数字靓仔单片机AT89C51中进行处理，在转换成相应的实际电压值，最后通过四位LED数码管显示，精确到十分位，LED采

7、用的是动态扫描显示，使用74HC02P芯片进行驱动，软件方面采用汇编编程。使得整个系统完成一个简易的数字电压表的功能。MCS-51单片机的结构与工作原理：（1）MCS-51单片机（此处以8051为例）芯片的基本组成如图2-1所示。8051芯片的内部组成框图现简要介绍图中各组成部分。1）中央处理器（CPU）。它是单片机的核心，包括运算器和控制器两个主要组成部分，用于实现运算和控制功能。运算器主要包括算术逻辑运算部件（ALU）、位处理器、累加器A、寄存器B、缓存器TMP1和TMP2、