积分式直流数字电压表的设计
文章编号：１６７２－７０１０（２００８）０１－００４０－０４
１积分式直流数字电压表的硬件设计
本文介绍了一种基于单片机的积分式直流数字电压表，该电压表由模拟和数字两部分构成，系统框图如图１所示．模拟电路部分为被测电压信号通过自动量程选择电路，采用双积分Ａ／Ｄ转换成数字信号．双积分Ａ／Ｄ转换器是由ＯＰ０７集成运放和ＬＭ３９３运算放大器组成，利用ＣＤ４０６６电子开关来实现自动校零和量程转换功能，其突出优点是对噪声和某些特定频率（如工频）的干扰有非常好的抑制作用，因而，非常适合在噪声和工频干扰严重的环境中［１］．数字电路部分以ＡＴ８９Ｓ５２为核心，控制由光电耦合器６Ｎ１３７耦合过来的数字信号．光电耦合器能有效地抑制尖脉冲和各种噪声，使信噪比大为提高，其响应延迟时间只有１０μｓ左右，响应速度快，实现了模拟信号与数字信号的隔离［２］．最后，由６位数码管ＬＥＤ自动显示量程和电压值．测试结果表明，该积分式Ａ／Ｄ数字电
压表测量误差较小，且工作稳定．
１．１双积分Ａ／Ｄ转换器的设计
该双积分Ａ／Ｄ数字电压表分为２００ｍＶ和２Ｖ两个档位，用１位数码管ＬＥＤ来显示档位，另用５位数码管来显示量程０～１９９９９，系统具有自动量程选择功能［３］，具体电路如图２所示．被测信号Ｖｉ经过电压跟随器与２００ｍＶ参考电压进行比较．ＳＷ０－ＳＷ２由单片机自动控制电子开关ＣＤ４０６６的开启，当输入电压大于２００ｍＶ时，信号通过电子开关直接送到积分器积分；当小于２００ｍＶ时，比较器输出低电平，信号通过运放ＯＰ０７进行放大后，再送入积分器积分，从而实现量程自动转换．在工作过程中，周期性地插入“零采样期”
，并采用采样／保持技术，记忆电路的零点漂移值，然后在工作期间内用此值去抵消电路中的漂移电压，从而达到消除漂移影响，实现自动校正零点的目的［４］．
积分式直流数字电压表的设计
陈仁森
（广州城市职业学院，广东广州５１０４０５）
摘要：介绍了一种基于单片机的积分式直流数字电压表的硬件实现和软件设计方法．此数字电压表采
用自动校零型双积分Ａ／Ｄ转换器的原理，利用单片机来控制Ａ／Ｄ转换，测试结果表明：该电压表测量误差小，工作稳定，还具备自动量程转换功能．
关键词：双积分Ａ／Ｄ转换；光电耦合；电压测量；自动校零中图分类号：ＴＰ３６８．１
文献标识码：Ａ
ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｌＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔＤｉｇｉｔａｌＶｏｌｔａｇｅＭｅａｓｕｒｅ
ＣＨＥＮＲｅｎ－ｓｅｎ
（ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，ｇｕａｎｇｄｏｎｇ５１０４０５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｇｒａｌｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｄｉｇｉｔａｌｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅ（ＤＶＭ）ｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＤＶＭｗａｓａｕｔｏ－ｒｅｖｉｓｅｄｏｕｂｌｅｉｎｔｅｇｒａｌＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｔｏｒ，ａｎｄＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇｗａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＴｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔＤＶＭｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｗａｓｓｍａｌｌ，ｗｏｒｋｉｎｇｓｔｅａｄｉｌｙ，ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅＤＶＭｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｓｗｉｔｃｈｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｄｏｕｂｌｅｉｎｔｅｇｒａｌＡ／Ｄｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ；ｐｈｏｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ａｕｔｏｒｅｖｉｓｉｎｇ
收稿日期：２００７－１１－１３
作者简介：陈仁森（１９５６－－），男，湖南人，硕士，副教授，主要研究方向为电子信息工程．
邵阳学院学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｏｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
第５卷第１期２００８年３月
Ｖｏｌ．５Ｎｏ．１Ｍａｒ．２００８
陈仁森：积分式直流数字电压表的设计４１第１期
模拟电路和数字电路接口之间用光电耦合器６Ｎ１３７对信号Ｖｏ进行耦合，再送入单片机系统进行
数码管显示．光电耦合器的作用使电路的输入阻抗变小，输入回路与输出回路之间的分布电容也变小，各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一边，避免共阻抗耦合干扰信号的产生，从而将模拟电路和数字电路相互隔离，起到抑制交叉串扰的作用，使该电压表其具有很高的测量精度．在１ｍＶ～２Ｖ之间测量了２０组数据，测试结果表明，测量分辨达到为０．１ｍＶ，测量数据与数字万用表相比，测量误差≤±０．５％，能有效抑制工频干扰．
２积分式直流数字电压表的软件设计
图５为系统主程序流程图．系统首先判断输入电压是否大于参考电压２００ｍＶ，若大于则ＡＴ８９Ｓ５２控制电子开关ＣＤ４０６６使信号直接送入双积分器进行
Ａ／Ｄ转换，然后，信号经光电耦合器６Ｎ１３７耦合至单
片机的ＩＮＴ０端，同时启动定时器Ｔ０来对输入信号进行采样，把ＴＨ０、ＴＬ０值进行ＢＣＤ码转换，最后启动串行口，由串口把数据送入数码管静态显示输出；
若输入电压小于２００ｍｖ，ＡＴ８９Ｓ５２控制电子开关，使信号放大１０倍，经双积分Ａ／Ｄ转换后，送入单片机
ＩＮＴ１端，由定时器Ｔ１进行采样，然后进行ＢＣＤ码转
换、除法运算，最后由串口实现数码管显示输出．
３总结
该直流数字电压表利用双积分Ａ／Ｄ转换原理，结合单片机实现了对电压信号进行分析的功能．测量范围为１ｍＶ～２Ｖ，测量误差≤±０．５％，测量分辨率达到０．１ｍＶ，能得到比较理想的测量精度，较好地抑制了工频干扰，并能实现自动校零和量程转换功能．调试系统时发现积分线性不是很好，在查找了大量资料后发现是由于积分电容的温度稳定性差，造成了误差分布不均，而且ＯＰ０７运放的温度稳定性不理想，失调电流大，这都是造成误差分布不均的原因．因此，要提高系统的稳定性和精度，对模拟电路模块的设计将非常重要，不仅要掌握好各种芯片的性能指标，还要特别注意基准电压的调节，否则会影响整个系统的性能，这将是下一步研制的重点．
图３中的Ｖ１、Ｖ２分别为积分放大器和比较器的
零点漂移电压，被测信号Ｖｉ经自动量程转换电路后输出信号Ｖｇ，Ｖｇ经零采样期、采样期和比较期，通过积分、比较，得到输出电压Ｖｏ，积分的作用使比较器的漂移影响被抵消．ＳＷ３由ＡＴ８９Ｓ５２控制电子开关
ＣＤ４０６６的开启．由于Ａ／Ｄ转换主要干扰来自工频
（５０Ｈｚ）或工频倍频的干扰，因此，采样时间总是等于工频电源周期的倍数，如２０ｍｓ或４０ｍｓ等．双积分
Ａ／Ｄ转换器在采样时间内采的是输入电压的平均
值，故该电路具有很强的抗工频干扰能力．
１．２单片机控制电路
单片机控制电路由ＡＴ８９Ｓ５２和８位串入、并出移位寄存器７４ＨＣ１６４以及共阳极ＬＥＤ数码管构成，采用静态显示使其数据显示稳定，利用单片机的串口ＲＸＤ和ＴＸＤ实现２线传输，这样可以节省Ｉ／Ｏ口，而且７４ＨＣ１６４本身带锁存功能，在每个７４ＨＣ１６４的电源输入引脚上接一个０．１μＦ的电容进行抗干扰．具体实现如图４所示（只给出部分控制电路）．
图４部分单片机控制电路
邵阳学院学报（自然科学版）
４２第５卷
参考文献：
［１］吴国忠，丁振荣，楼正国．常用电子仪器的原理、使用及维修［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，２００２．
［２］何立明．ＭＣＳ－５１系列单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９０．［３］周航慈．单片机应用程序设计技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．
［４］李华．ＭＣＳ－５１系列单片机实用接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９３．
陈仁森：积分式直流数字电压表的设计４３第
１期
直流数字电压表课程设计报告设计
电子技术基础 课程设计 题目名称：直流数字电压表 指导教师：唐治德 学生班级： 学号： 学生姓名： 评语： 成绩： 重庆大学电气工程学院 2015年7月3日
目录一、内容摘要 二．课程设计任务与要求 2.1设计目的 2.2设计求 三．设计思路和方案选择 3.1 设计思路 3.2 方案选择 四．工作原理 4.1 基本原理框图 4.2 ICL7107的工作原理 4.3原理图 五．电路设计与仿真 六、系统调试与结果分析 6.1调试方法 6.2测试结果分析 六．元器件清单 八、总结及心得体会 九、参考文献
内容摘要 伴随着电子技术科学的发展，电子测量技术已成为广大电子技术工作者必须掌握的一门科学技术，同时对测量的精度和功能的有着更高的要求。电压是电子测量的一个主要参数，由于电压测量在电子测量中的普遍性与重要性，因此对电压测量的研究与设计有着非常重要的意义。本次设计的主要设计内容为三档直流电压表。在设计过程中由于第一次接触这种芯片，对该芯片不是很熟悉，我们参阅了大量前人的设计，在此基础上，运用A / D转换器ICL7107构建了一个直流数字电压表。本设计首先简要介绍了设计电压表的主要方式，然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程和芯片的工作原理，本设计中我们展示了两种方案，手动换挡的自动换挡，在各方案中也给出了两种方案的优缺点。同时也给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。 关键字：ICL7107芯片，数字电压表，A\D转换，比较器，CC4006双向模拟开关。 课程设计任务及要求 2.1设计目的 1、掌握双积分A/D转换的工作原理和集成双积分A/D转换器件的设计方法 2、掌握常用数字集成电路的功能和使用 2.2设计要求 1.设计直流数字电压表 2.直流电压测量范围： 0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V。 3.直流输入电阻大于100kΩ。 4.画出完整的设计电路图,写出总结报告。 5.选做内容：自动量程转换。 设计思路和方案选择
多量程直流数字电压表
电子技术课程设计报告 专业班级： 学生学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 自动化与电气工程学院
设计课题题目： 多量程直流数字电压表 一、设计任务与要求 1．设计并制作一个直流稳压电源，设计要求为 （1） 输入电压为220V （2） 输出电压为±5V 2．设计一个2 13 直流数字电压表，设计要求为 分辨率 （1） 测量量程：基本量程：200mV 0.1mV 扩展量程：2V 1mV 20mV 0.01mV （2） 测量范围： 0mV~2V (3 ) 显示范围：十进制数0~1999 （4） 使用双积分A/D 转换器ICL7107完成直流电压的数字化转换 二、电路原理分析与方案设计 1. 设计要求分析 数字电压表由电阻网络（量程调整）、直流放大（运放组成）、电压极性判断、A/D 转换、数码（液晶）显示等部分组成。 直流数字电压表主要完成对电位器或外部电压的测量与显示。因此，为了适应不同大小的的待测模拟电压信号，应该有测量量程的选择功能。ICL7107是双积分式三位半A/D 转换器，可构成基本量程200Mv,而扩展量程20V 可由电阻电位器分压，2V 量程可由运放放大。 2. 方案设计 （1）±5V 直流稳压电源 首先通过中心抽头的18V 电源变压器，输出电压经过四个二极管组成的桥式整流电路整流后通过电容滤波，然后通过三端稳压管LM7805和KV7905分别对正负电压进行稳压，在对输出电压进行滤波，从而得到较为稳定的±5V 直流稳压电源。 （2）2 13 直流数字电压表 将输入电压分别通过电阻电位器和μA741运放放大器进行缩小和放大，将输出信号输入到ICL7107 A/D 转换器V-IN 端，经过A/D 转换电路、参考电压电路、复位电路、时钟电路等电路完成数据转换及传输，最后通过2 13 数码管进行显示。 三、单元电路分析与设计 1．单元电路原理分析 电源： (1) 电源变压器
基于单片机的数字电压表设计
引言 数字电压表（Digital Voltmeter）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，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便。目前，由各种单片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化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本论文重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。
1 实训要求 （1）基本要求： ①实现8路直流电压检测 ②测量电压范围0-5V ③显示指定电压通道和电压值 ④用按键切换显示通道 （2）发挥要求 ①测量电压范围为0-25V ②循环显示8路电压 2 实训目的 （1）进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理； （2）掌握单片机的借口技术及，ADC0809芯片的特性，控制方法； （3）通过这次实训设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术；（4）通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。 3 实训意义 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。 4 总体实训方案 测量一个0——5V的直流电压，通过输入电路把信号送给AD0809，转换为数字信号再送至89s52单片机，通过其P1口经数码管显示出测量值。 4.1 结构框图 如图1—1所示 图1—1
直流数字电压表毕业设计
毕业设计 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
宝鸡职业技术学院毕业设计任务书 姓名：孟冬冬 专业：电气自动化 班级：电气1001班 设计课题：数字电压表的设计 指导教师：杨喜录 电子信息工程系印制 二○一二年九月
引言 数字电压表是采用数字化电路测量的电压仪表。它以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比、读数清晰方便、测量速度快、输入阻抗高等优良特性而倍受人们的青睐。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表(如：温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，几乎覆盖了电子电工测量、工业测量、自动化仪表等各个领域。因此对数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。传统的模拟式（即指针式）电压表已有100多年的发展史，虽然不断改进与完善，仍无法满足现代电子测量的需要，数字电压表自1952年问世以来，显示强大的生命力，现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪表。
数字电压表简称DVM （Digital Voltmeter ），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。目前，由各种单片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、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM 扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。智能化数字电压表则是最大规模集成电路（LSI ）、数显技术、计算机技术、自动测试技术（ATE ）的结晶。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D 转换器、控制逻辑电路、计数器（或寄存器）、显示器，以及电源电路等级部分组成。它的数字输出可由打印机记录，也可以送入计算机进行数据处理。 系统概述 数字电压表是将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示的数字系统。 该系统（如图1所示）可由MC14433--32 1位A/D 转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511 BCD 到七段锁存-译码-驱动器、能隙基准电源MC1403和共阴极LED 发光数码管组成。
积分式直流数字电压表
积分式直流数字电压表 摘要:51系列单片机具有两个以上16通道定时器(TIME0和TIME1)，每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM方式来测量脉宽，8路8位A/D转换器。当需大于8位的A/D转换时，可以用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出，控制MC4066多路开关的输入选择；INT0作为中断输入口，捕捉LM358比较器的输出电平跳变。 关键字：双积分A/D，输出比较，输入捕捉，分辨率
一、系统方案论证与比较 为了完成上面的设计要求，将整个积分式直流数字万用表的设计分为四部分：积分、过零比较部分，控制部分，显示部分和供电部分。原理图如图1.1所示。 图G-1-1 1、单片机的选择 方案一：采用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为双积分A/D转换器的核心，此次单片机价格相对便宜，容易购买。此设计中控制功能比较多，因此需要用到的输入输出口比较多， AT89C51足可以满足控制要求，且选用此单片机不需外接扩展电路，因此节省了资源，降低了成本；并且可以达到很高的精度和实现此次设计的各种要求。 方案二：采用MOTOROLA公司生产的8位单片机MC68HC908GP32作为双积分A/D 转换器的核心，该单片机只具有两个输入输出口，虽然也能满足以上各种要求，但需要外接扩展电路，这不但在使用上增加了难度而且也增加了设计成本，浪费了资源。使电路边的比较复杂，在实际调试中也增加了难度。 鉴于以上分析，拟选择方案一。 2、积分器、过零比较器电路 方案一：该方案的系统框图如图1.2所示。运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。PTD7作为输入口，捕捉LM339比较器的输出跳变。C为积分电容，常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。此电路只对输入信号进行了一次信号放大，也就是只进行了一次积分。此电路，积分波形不明显，不容易在示波器上调试出来。 方案二：该方案的系统原理图如图1.3所示。C1为积分电容，常取0.22μF 左右的聚丙烯电容，R2为积分电阻，可取500k左右，U2A为积分运放，U2A、C1、R2构成了积分器，U2B是过零检测运放。VIN为输入电压，VREF为基准电压，AGND 为转换器的参考零点。VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；MC4066是多路开关。此电路有自己单独的基准电压，并且它的基准电压根据测量的不同范围的电压，可以进行调节，因此更
基于51单片机的数字电压表设计
目录 摘要........................................................................ I 1 绪论. (1) 1.1数字电压表介绍 (1) 1.2仿真软件介绍 (1) 1.3 本次设计要求 (2) 2 单片机和AD相关知识 (3) 2.1 51单片机相关知识 (3) 2.2 AD转换器相关知识 (4) 3 数字电压表系统设计 (5) 3.1系统设计框图 (5) 3.2 单片机电路 (5) 3.3 ADC采样电路 (6) 3.4显示电路 (6) 3.5供电电路和参考电压 (7) 3.6 数字电压表系统电路原理图 (7) 4 软件设计 (8) 4.1 系统总流程图 (8) 4.2 程序代码 (8) 5 数字电压表电路仿真 (15) 5.1 仿真总图 (15) 5.2 仿真结果显示 (15) 6 系统优缺点分析 (16) 7 心得体会 (17) 参考文献 (18)
1 绪论 1.1数字电压表介绍 数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。 本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。 1.2仿真软件介绍 Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是: (1)现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 (2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、 A VR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 (3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2等软件。 (4)具有强大的原理图绘制功能。 可以仿真51系列、A VR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的
#简易数字电压表的设计
一、简易数字电压表的设计 l ．功能要求 简易数字电压表可以测量0～5V 的8路输入电压值，并在四位LED 数码管上轮流显示或单路选择显示。测量最小分辨率为0.019 V ，测量误差约为土0.02V 。 2．方案论证 按系统功能实现要求，决定控制系统采用A T89C52单片机，A ／D 转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其它A ／D 转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。数字电压表系统设计方案框图如图1-1。 3．系统硬件电路的设 计 简易数字电压测量电 路由A ／D 转换、数据处 理及显示控制等组成，电 路原理图如图1-2所示。A ／D 转换由集成电路0809完 成。0809具有8路模拟输人 端口，地址线(23～25脚)可决定对哪一路模拟输入作A ／D 转换，22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存，6脚为测试控制，当输入一个2us 宽高电平脉冲时，就开始A ／D 转换，7脚为A ／D 转换结束标志，当A ／D 转换结束时，7脚输出高电平，9脚为A ／D 转换数据输出允许控制，当OE 脚为高电平时，A ／D 转换数据从该端口输出，10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振频率再通过14024二分频得到1 MHz 时钟。单片机的P1、P3.0～P3.3端口作为四位LED 数码管显示控制。P3.5端口用作单路显示／循环显示转换按钮，P3.6端口用作单路显示时选择通道。P0端口作A ／D 转换数据读入用，P2端口用作0809的A ／D 转换控制。 4．系统程序的设计 （1）初始化程序 系统上电时，初始化程序将70H ～77H 内存单元清0，P2口置0。 （2）主程序 在刚上电时，系统默认为循环显示8个通道的电压值状态。当进行一次测量后，将 图1-1 数字电压表系统设计方案
简易交直流电压表
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称电子技术综合课程设计 院（系）专业 班级学号姓名 课程设计题目简易数字电压表电路的设计 课程设计时间: 年月日至年月日 课程设计的内容及要求： 一、设计说明 设计一个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。其参考原理框图如图1所示。 图1数字电压表的原理框图 二、技术指标 测量电压的技术指标如表所示。 三、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本，要求采用LED显示。各量程的转换采用开关转换。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 四、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。 2．进行实验数据处理和分析。 五、推荐参考资料 1．沙占友、李学芝著.中外数字万用表电路原理与维修技术. [M]北京：人民邮电出版社，1993年 2. 阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 3. 童诗白、华成英.模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 4. 戴伏生.基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年 5. 谭博学主编.集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年 六、按照要求撰写课程设计报告 指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 成绩评定表
一、概述 数字电压表既是常用的一种数字电压表，也是构成数字万用表的基本电路。随着科技的发展，电子产品在不断更新，但数字电压表是永远不会在电子产品中消失。 设计一个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。测量电压量程为2V、20V，输入电阻为10MΩ，分辨率分别对应为1mV、10mV；准确度是在温度为23±5℃情况下测直流时为±(0.5％RDG+3字)，测交流时为±(1.0％RDG+3字)；输入电阻为10MΩ；最大允许直流电压为±500V，最大允许交流电压为500V。 本设计是对电压测量电路作单独的研究，从实质上去了解万用表中测量电压的过程。电路涉及到对电路、低频、数字电路等知识的考查。 二、方案论证 方案一： 方案一原理方框图如图1所示。数字电压表由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，压频转换电路、译码显示电路组成。分压电路在电路中实现电压倍率变换起到将大电压转换成小电压的作用；输入保护及缓冲电路在电路中起到避免大电压输入对电路的烧坏；交、直流变换电路起到将交流电压转换成直流电压，且直流电压值为交流电压的有效值；压频转换电路将电压转换成对应的线性频率。译码显示电路时将频率的数值通过LED数码管显示出来。 图1 方案1的原理框图 方案二： 方案二的原理框图如图2所示，电路由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，A/D转换电路，单片机及译码显示电路组成。前几个模块的功能与方案一相同，不同的是方案中用到单片机对经过A/D转换器后的数字信号进行记录然后通过译码显示电路进行显示。
双积分数字直流电压表
积分式直流数字电压表 摘要 本双积分电压表系统以89C51单片机为核心、以分立元件制作的双积分型A/D转换器为主要部件的4位半积分式数字直流电压表,并对所设计的电压表进行了测试,结果测量误差≤±0.03%,精度达到4位半。实现了自动量程转换功能,自动调零功能，有很好的实际应用价值。 关键词：单片机，双积分A/D转换器，自动调零，自动转换量程 目录 1 方案论证与比较 (1) 1.1信号调理 (1) 1.2处理器的选择与比较 (1) 1.3积分器的选择与比较 (1) 2 系统设计 (2) 2.1总体设计 (2) 2.2单元电路设计 (3) 2.2.1 信号调理调理电路 (3) 2.2.2 双积分电路设计 (4) 2.2.3 基准源电路设计 (4) 3 软件设计 (5) 4系统测试 (5) 5 结论 (6) 参考文献： (6) 附录： (7) 附1：元器件明细表： (8) 附2：仪器设备清单 (8) 附3：电路图图纸 (9) 附4：程序清单 方案论证与比较 1.1.1信号调理比较与选择 方案一、信号经过缓冲器提高输入阻抗后经过低通滤波器后，然后由模拟开关选择信号放大与不放大，当信号大于200mv时不放大，小于200mv时经过仪表放大器进行放大。 方案二、信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力，信号进行低通
滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰，然后经过低噪声，高精度运放放大。 方案论证：方案一对不同信号进行放大其电路复杂，当测量多个量程时放大电路的增益不一样，需多个放大电路成本很高，且用仪表放大器价格过于昂贵。方案二通过统一衰减后在进行放大其电路简单调试方便。所以采用方案二。 1.2 处理器的比较与选择 STC单片机所特有的在线下载功能和其他公司的单片机不同，不是利用SPI进行在线编程，而是利用IAP功能，在系统运行时编程，因此，可以通过串口来对单片机进行编程。其电路极为简单，只要所使用的单片机系统具有232串口通信功能即可。.工作宽温度范围,-40℃~85℃,在系统可编程,无需编程器,可远程升级,抗干扰强.价格低廉,所以采用了STC单片机. 1.3积分器比较与选择 方案一、采用双极性运放UA741，UA741为通用运放价格便宜，容易购买。积分电容选择胆电容进行积分。 方案二、采用FET运放TL062，其漏电流小，电容选择独石电容。 方案论证：方案一ua741器基集电流大，失调电流大对积分产生影响，且胆电容的漏电流大也对积分产生一定影响，而方案二TL062为FET型输入阻抗高基集电流小且独石电容漏电流小。所以才用方案二。 2系统设计 2.1 总体设计 本设计基于STC89C51单片机的4位半积分式直流数字电压表设计的设计思路及实现方法。在设计中,充分利用了89C51单片机内部的高速计数器和以分立元件组成的双积分型A/D 转换器的优良特性,使整个设计达到了比较满意的效果。硬件设计主要有双电源电路、信号采集电路、量程转换电路、开关逻辑控制电路、积分比较与自动回零电路、单片机系统、显示电路组成。软件编程采用模块化结构,主要有时序子程序,系数运算子程序, BCD码转换子程序,自动量程转换子程序,显示子程序等组成。 信号经过电阻分压器统一衰减后，经过运放缓冲后在经过高精度，低噪声，失调电压小的运放OP37放大，开始先对信号进行积分，后开始对基准源进行反积分，然后经过单片机运算处理后有单片机显示。
虚拟数字电压表的设计
摘要 LabVIEw 8．5版本的工程技术比以往任何一个版本都丰富．它采用了中文界面，各个控件的功能一目了然。利用它全新的用户界面对象和功能，能开发出专业化、可完全自定义的前面板。LabVIEw 8．5对数学、信号处理和分析也进行了重大的补充和完善，信号处理分析和数学具有更为全面和强大的库，其中包括500多个函数。所以在LabVIEw 8．5版本下能够更方便地实现虚拟电压表的设计。 虚拟电压表是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它由控制模块、仪器模块和软件组成，由软件编程来实现仪器的功能。在虚拟仪器中，计算机显示器是惟一的交互界面，物理的开关、按键、旋钮以及数码管等显示器件均由与实物外观相似的图形控件来代替，操作人员只要通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮、开关、按键等设置各种参数，就能根据自己的需要定义仪器的功能。在虚拟电压表的设计中，考虑到仪器主要用于教学和实验，使用对象是学生，因此将引言中提到的三种检波方式的仪器合为一体，既简化了面板操作，又便于直接对比。 该电压表主要用于电路分析和模拟电子技术等实验课的教学和测量仪器，能够使学习者了解和掌握电压的测量和电压表对各种波形的不同响应。因此，虚拟电压表应具备电源开关控制、波形选择，以及显示峰值、有效值和平均值三种结果，且输入信号的大小可调节等功能。虚拟电压表由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口包括仪器接口设备和计算机，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通信，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作相对应的各种控件。在此，用软件虚拟了一个信号发生器。该信号发生器可产生正弦波、方波和三角波，还可以输入公式，产生任意波形。根据需要，可调节面板上的控件来改变信号的频率和幅度等可调参数，然后检测电压表的运行情况。因此，在LabVIEW图形语言环境下设计的虚拟电压表主要分为两个部分：第一部分是虚拟电压表前面板的设计；第二部分是虚拟电压表流程图的设汁。
实验七 直流数字电压表设计
学生姓名：学号：班级：时间： 课程名称：单片机原理及应用总学时：48 教师成绩： 实验名称：实验七——直流数字电压表设计 实验目的：掌握LED动态显示和A/D转换接口设计方法。 实验内容： 根据如下电路原理图，编程实现查询法A/D转换和转换结果的十进制动态显示功能。 编程原理： LED显示器和ADC0808均采用通用IO口方式与单片机接口。 LED动态显示编程原理：将待显示数据拆解为3位十进制数，并分时地将其在相应LED位上进行显示。1次完整的输出过程为：最低位位码清零→最低位数据送P0口→最低位位码置1→软件延时→中间位位码清零→中间位数据送P0口→中间位位码置1→软件延时→最高位位码清零→最高位数据送P0口→最高位位码置1→软件延时。如此无限循环可实现动态显示。 ADC0808编程原理：被测模拟量由0#通道输入（ADDA,ADDB,ADDC均接地可选通0通道）；转换启动信号（START和ALE）可由软件方式产生P2.5正脉冲；转换结束信号（EOC）可通过查询P2.6的电平变化获得；输出使能信号(OE)可由软件方式产生P2.7正脉冲。 实验要求：
1、虚拟时钟信号发生器用法可参阅P262阅读材料，C51程序编写可参考以下程序模板； ———————————————— #include
直流数字电压表设计说明书
专业资料 《电子测量技术》直流数字电压表设计 院系软件职业技术学院 专业应用技术2班 学生姓名郭妍 学号 5103130016
目录 一、题目及设计要求……………………………………………………………………3页 二、主要技术……………………………………………………………………………3页 三、方案选择…………………………………………………………………………… 3页 四、电路设计原理……………………………………………………………………… 3页 4.1 模数转换………………………………………………………………………… 4页 4.2 数字处理及控制……………………………………………………………………5页 五、电路图分介绍……………………………………………………………………… 5页 5.1 AT89C51介绍………………………………………………………………………6页 5.2排阻介绍……………………………………………………………………………7页 5.3 晶振电路……………………………………………………………………………7页 5.4 复位电路……………………………………………………………………………8页 5.5 ADC0808介绍………………………………………………………………………8页 5.6共阴极数码管………………………………………………………………………9页 5.7模拟输入电路………………………………………………………………………9页5.8总设计图……………………………………………………………………………10页 5.9仿真图………………………………………………………………………………10页 六、设计程序……………………………………………………………………………11页 七、心得体会……………………………………………………………………………14 页
积分式直流数字电压表设计报告
双积分式直流数字电压表 摘要：本设计采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D转换模块电路输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，采用软件实现自动校零功能，单片机控制继电器的驱动电路实现自动量程转换。直流电压采集系统采用双积分电压—频率转换电路，由单片机内部的计数器对A/D转换电路的输出频率进行计数，并由软件实现对计数值的运算及线性化处理。由于采用双积分A/D转换电路，该电压表抗干扰能力强。由于采用软件线性化处理，分辨率高，200mv档分辨率可达0.01mV，2V档分辨率达0.1mV，并且两档的测量误差均小于等于0.02% 。 一．方案设计与论证： 1．总体方案设计与比较 方案一：直流信号采集转换采用BCD码输出的双积分型A/D转换电路，输出信号经译码电路译码送LED显示。原理框图如图1所示。整个系统采模拟控制方式，但要实现高精度要求硬件电路复杂，该硬件电路难以实现复杂运算。 方案二：采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D 转换模块输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，软件实现自动校零功能。直流电压采集系统采用双积分V—F（电压—频率）转换电路。
用单片机控制继电器实现自动量程转换功能。程序框图如下 比较以上两种方案，方案一是模拟控制方式，而模拟控制难以实现高精度控制和计算，控制方案的改善也比较麻烦。方案二是采用AT89C52为核心的单片机系统，可以灵活实现采集数据的线性处理，并且可容易实现自动校零及自动量程转换功能。由于单片机具有较强的运算功能，因此能实现较高的精度。经过对两种方案的比较，本设计采用方案二。 二．模块电路设计分析 系统硬件以89C52单片机为核心，包括四个模块电路：电源电路，信号采集处理模块电路，单片机系统数据处理模块，液晶显示模块。 1信号采集处理模块 （1）前端电路处理电路 a) 跟随器及低通滤波电路。输入的直流电压信号首先经过一个电压跟随器，以提高输入阻抗，输入阻抗为1.7M欧左右。跟随器输出的信号经低通滤波滤波，用来滤除工频干扰。 b)量程切换及自动校零电路。由单片机P3.2口控制电子开关实现自动校零功能。由单片机P3.1口通过三极管9012控制继电器，以实现自动量程切换功能。当继电器常闭时，为2V档，Uo=[1+R1/(R2+R3)]Ui=[1+18/(18+2)]=1.9Ui;当P3.1置低电平时，为200mV档，Uo=[1+36/2]Ui=19Ui 电路图如下所示：
简易数字直流电压表的设计
电子制作课程考核报告 课程名称简易数字直流电压表的设计 学生姓名贾晋学号1313014041 所在院(系)物理与电信工程 专业班级电子信息工程1302 指导教师秦伟 完成地点 PC PROTEUS 2015年 6 月 13 日
简易数字直流电压表的设计 简易数字直流电压表的设计 摘要本文介绍一种基于AT89C51单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换芯片为ADC0808，它主要负责把采集到的模拟量转换为数字量再传送到数据处理模块。数据处理则是由芯片AT89C51来完成，主要负责把ADC0808传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；并且,它还控制着ADC0808芯片工作。 该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-200V的模拟直流输入电压值，并通过数码管显示。 关键词单片机；数字电压表；AT89C51；ADC0808
目录 1 引言............................................................................................... 2 总体设计方案............................................................................... 2.1设计要求 ............................................................................... 2.2 设计思路 .............................................................................. 2.3 设计方案 .............................................................................. 3 详细设计....................................................................................... 3.1 A/D转换模块 .................................................................... 3.2 单片机系统 ........................................................................ 3.3 时钟电路 ............................................................................ 3.4 LED显示系统设计 ........................................................... 3.5 总体电路设计 .................................................................... 4 程序设计....................................................................................... 4.1 程序设计总方案 ................................................................ 4.2 系统子程序设计 ................................................................ 5 仿真............................................................................................. 5.1 软件调试 (11) 5.2 显示结果及误差分析 ........................................................ 结论................................................................................................. 参考文献........................................................................................... 附录...................................................................................................
数字电压表设计
《单片机课程设计》设计报告 设计题目： 姓名： 设计时间：2010-12-28 备注：
目录 1．引言 (2) 2．概述··2 2．1实验要求 (2) 2．2实验目的 (2) 2．3 实验器材 (2) 3．总体设计方案 (3) 3．1系统的总体结构 (3) 3．2芯片的选择 (4) 3．3 ADC0809 的主要性能指标 (4) 4．硬件电路设计 (6) 4．1 AT89S52 单片机最小系统 (6) 4．2 ADC0809 与AT89S52 单片机接口电路设计 (6) 4．3显示电路与AT89S52 单片机接口电路设计 (6) 5．软件设计 (7) 5．1 主程序图 (7) 5．2 ADC0809 电压采集程序框图 (8) 5．3显示程序框图 (9) 6．调试与测量结果分析 (10) 6．1实验系统连线图 (11) 6．2程序调试 (12) 6．3 仿真结果 (13) 6．4 实验结果分析 (14) 7．程序清单和系统原理图 (15) 7．1程序清单 (15) 7．2 系统原理图 (16) 8．实验总结和实验收获 (17)
1．引言 本次课程设计要求完成是数字电压表的设计，随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量 最为普遍。本次课程设计我们小组xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx该电路设计新颖、功能强大、可 扩展性强。 实验报告首先简要介绍了设计数字电压表的实验要求和目的；根据要求和目的设计出直流数字电压表的系统结构流程，以及硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的设计细节，以及调试和仿真结果。最后进行了实验和心得体会的总结。 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。 2．概述 2．1实验要求 采用ADC0809 和AT89S52 单片机及显示电路完成0～5V 直流电压的检测 2．2实验目的 （1）进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理； （2）掌握单片机的借口技术及，ADC0809芯片的特性，控制方法；（3）通过这次实训设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本
数字电压表
教案首页
教 学 过 程 及 教 学 内 容 附 记 A 、复习 掌握三种模拟式交流电压表工作原理。 B 、新课 数字电压表DVM 数字电压表：直流数字电压表、交流数字电压表、数字万用表等（本章主要介绍直流数字电压表） 优点（与模拟相比）：精度高、测量速度快、输入阻抗高、读数准确、抗干扰能力和抗过载能力强、便于实现测量过程自动化等。 2.3.1 DVM 的主要技术指标 1．测量范围（量程、显示位数和超量程能力） （1）量程 表示电压表所能测量的最小和最大电压范围。 基本量程：不经衰减器和输入放大器的量程（测量误差最小的量程）。通常为1V 或10 V ，也有的为2 V 或5 V 。 （2）位数 表示数字电压表精密程度的参数。 完整位：能够显示0 ~ 9这十个数码的位。 四位数字电压表：最大显示数字为9 999和19 999的数字电压表。为 了区别把19 999的数字电压表称为2 1 4位数字电压表。 （3）超量程能力 指DVM 所能测量的最大电压超过量值的能力，它是数字电压表的一个重要指标。是否有超量程能力，要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。 典型例子 提问 讲解 重点强调 新授课
③如果数字电压表最大显示为59 999，称为4 3 4 位的数字电压表。如量程按5 V 、50 V 、500 V 分挡，则允许有20超量程。 2．分辨力 数字电压表能够显示输入电压最小变化值的能力，即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。 不同量程，分辨力不同。量程越小，分辨力越高。 3．测量误差（只讨论固有误差） 在基准条件下的误差： )%%(m x U U U βα+±=? 式中 U x ——被测电压读数； U m ——该量程的满度值； α——误差的相对项系数； α U x ——读数误差，随被测电压而变化； β——误差的固定项系数； β U m ——满度误差，对于给定的量程，β U m 是不变的。 有时满度误差又用与之相当的末位数字的跳变个数来表示，记为n ±个字，即在该量程上能够末位跳n 个单位时的电压值恰好等于β U m 。 ４．输入电阻和输入偏置电流 输入电阻：比较高，一般不小于10 M ，通常在基本量程时具有最大的输入电阻。 输入偏置电流：仪器内部产生的表现于输入端的电流，应尽力使该电流减小。 5．抗干扰特性 按干扰作用在仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。一般串模