基于单片机的简易数字电压表的设计

西安文理学院　李　航　李攀攀　韩利凯

基于单片机的简易数字电压表的设计

西安文理学院李航李攀攀韩利凯

为解决精确测量电压的问题，设计了一种基于单片机的简易数字电压表，可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过数字显示屏显示出来，系统电路简单、可靠，成本低且测量精度较高。

单片机；数字电压表；A/D转换器

0　引言

在电量的实际测量中，电压、电流、频率是最基本的三个被测对象，其中，电压的测量是最频繁的，随着电子技术的不断发展，高精度电压的测量成为必然，因此，数字电压表就成为必不可少地测量工具。由于数字测量仪器具有读数准确方便、精确度高、灵敏度高、分辨率高、误差小，测量速度快等特点，所以倍受用户的亲睐［1］。

1　设计方案

1.1工作原理

利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表，此方案的原理是：

（1）模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压；

（2）模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值；

（3）单片机系统将计算好的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。

1.2系统硬件设计

在由单片机构成的数字电压表中包含三个模块：数据采集模块、数据处理模块和输入/输出模块。

（1）在数据采集模块中，主要是对电压信号采样前，用放大器进行预处理，然后通过保持器保持采样。

（2）A/D转换模块采用ADC0832转换芯片，其中A/D转换器用于实现模拟量向数字量的转换，单电源供电。它是具有8路模拟量输入8位数字量输出功能的A/D转换器，转换时间成100μs，模拟输入电压范围为0V～+5V，不需零点和满刻度校准，功耗低，约15mw［2］。

（3）单片机采用AT89C51作为系统的控制单元，通过A/D转换将被测值转换为数字量送入单片机中，再由单片机来送显。

2　硬件电路设计

硬件电路由6个部分组成：A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路，硬件电路设计如图1所示。

图1　数字电压表系统硬件设计框图

3　系统的程序计及仿真调试

3.1程序设计方案

将系统程序划分为初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，程序流程如图2所示。

图3　A/D转换流程

（1）初始化程序

所谓初始化，是对将要用到的MCS-51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始工作状态设定，初始化子程序的主要工作是设置定时器的工作模式，初值预置，开中断和打开定时器等［3］。

（2）A/D转换子程序

A/D转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单位，其转换流程图如图3所示。

（3）显示子程序

显示子程序采用动态扫描实现四位数码管显示数值，在采用动态扫描显示方式时，既要使LED显示的比较均匀，又要有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率。系统采用扫描频率为70HZ，间隔10ms对LED进行动态扫描一次，每一位LED的显示时间为1ms［4］，可以产生比较理想的显示效果。

3.2仿真调试

运用Proteus软件进行仿真，并结合Keil软件进行相应的调试。当CH0口输入电压值为3.50V，显示结果如图4所示，测量误差为0V。

图4　输入电压为3.50V时，LED的显示结果

4　结束语

基于单片机的简易数字电压表结构简单、外接元件少、成本低，在实际测量工作中，使用方便，测压准确，精度较高。

［1］吴金戌，沈庆阳，郭庭吉编著.8051单片机实践与应用［M］.北京：清华大学出版社，2012.

［2］余文俊.C语言实习［M］.北京：中国水利水电出版社，2013.

［3］王怡亭.基于单片机控制的新型交流电压表系统［J］.微计算机信息，2013（2）.103～104.

［4］吴昌东，吴学杰著.基于单片机的新型数字式电压表设计［J］.微计算机信息，2008（5），133～134.

Design of Simple Digital Voltmeter Based on Single-chip Microcontroller

Xi’an University of Arts and Science
Li hang Li pan-pan Han li-kai

In order to solve the problem of the precise measurement of voltage， design a simple digital voltage meter microcontroller based on can measure 0-5V road DC analog input voltage value， and displayed through the digital display， system circuit is simple， reliable， low cost and high measurement precision.

Single-chip microcontroller;Digital voltmeter;A/D converter