一种高精度的数字式电压表设计

李洁，汪纪锋

（重庆邮电大学移通学院 重庆 401520）

一种高精度的数字式电压表设计

李洁，汪纪锋

（重庆邮电大学移通学院 重庆 401520）

针对传统仪器仪表行业中的指针式电压表功能单一、测量精度低等缺点，文章提出一种高精度数字电压表的设计。本设计采用AT89C51单片机、A/D转换器等构成，并完成了软硬件的设计，可测量0-5V的8路输入电压值，并在LCD1602中轮流显示或者选择单路显示。

数字电压表A/D转换器AT89C51高精度

1 引言

现今的电子科学技术的持续发展，使得电子测量也越来越重要，准确的测量值直接决定了工业产品的质量是否过关、学术研究的结果是否成功，甚至它已经与人们的生活和生产完全融合在一起。由于测量的电子化，人们对测量的精度，以及功能的要求也越来越高。在电子测量中，电压测量是最普遍的测量[1]。

由于传统的纯硬件电路构成的数字电压表结构非常复杂，测量的精度不高，价格不便宜，而且使用率很低，因此随着时代的变革、工业技术的发展，需要一种高精度的、扩展性强、故障率低的数字电压表[2]。

2 数字式电压表的硬件结构

2.1 系统的硬件结构总体设计

本设计采用的是单片机、A/D转换等器件的结合方式实现，选择AT89C51为核心控制器件，A/D转换器采用ADC0809，电压显示采用LCD1602液晶显示，还需要按键、开关、电阻、电容、晶振、标准电源等器件。本设计的硬件设计总体结构框图如下图1所示[3]。

图1 硬件设计总体结构框图

系统设计了八路通道，每个通道通过对端电压为5V的可变电阻的电压调节来模拟输入电压量的变化，从而达到测量电压的目的。而且专门设计了按键模块，对整个电路的循环显示和单路显示进行控制。

2.2 A/D转换模块硬件设计

ADC0809芯片可以分时处理8路模拟量输入信号，使用模拟开关切换，在某一时刻，模拟开关只能与一路模拟量通道接通，对该通道进行A/D转换。图2为ADC0808芯片与AT89C51芯片的电路连接图[4]。

2.3 LCD显示模块硬件设计

本设计采用字符型显示，采用LCD1602作为显示器件输出信息。它可以显示两行16个字符。图3为LCD1602与AT89C51的电路连接图。

图3 LCD1602与AT89C51的电路连接图

2.4 按键模块硬件设计

由于要求结果在LCD数码管上轮流显示或单路选择显示，于是设计一个按键模块控制轮流显示和单路显示。当开关circle闭合时，电压轮流显示，断开时，液晶显示器显示的是某一通道，类似循环暂停一样，即单路显示。当按下up按键时，通道显示会自动减1，即显示上一个通道；当按下down按键时，通道显示会自动加1，即显示下一个通道。如图4为按键电路图。

图4 按键电路原理图

图2 ADC0809与AT89C51的电路连接图

3 数字式电压表的软件设计

按照模块的划分原则，整个系统软件的主程序包括中断服务程序、显示子程序和A/D转换子程序等模块。利用C语言编程实现各个模块的功能。主程序流程图如图5所示，显示子程序流程图如图6所示。

图5 主程序流程图

图6 显示子程序流程图

4 系统的仿真与调试

表1 数字电压表仿真测试数据

系统的仿真与调试采用Proteus仿真软件。首先在Proteus中绘制硬件电路图，然后利用Keil进行软件部分的程序调试，最后将Keil生成的程序文件导入Proteus，就可以进行系统仿真。通过仿真对八路通道的不同电压进行测试，电压表显示的结果如表1所示。

通过表1所示的分析数据，可见本设计的测量误差较小，测量的精度较高。

5 结束语

使用AT89C51为主控制芯片构成的数字式电压表，可以测量0～5V的直流电压[4]，并且可以通过键盘模块控制来实现是循环显示还是单路显示[5]。通过Proteus进行了仿真实验，表明本设计具有精度高、可扩展性强、测量读数易读、循环显示时速度合理等特点，解决了传统测量仪器中的误差修正、线性处理等问题。

[1]胡晓华.数字电压表的设计[J].农村机电，2014,4(31)：190－191．

[2]杨建成.基于单片机的数字电压表设计与仿真[J].现代电子技术，2012,35(21)：170－173．

[3]赵静，刘少聪，丁浩，王莉莎.基于单片机的数字电压表设计[J].单片机应用技术，2011(6)：121－122.

[4]杜松晏.基于单片机的数字电压表的设计[J].机械与电子，2012(35)：150－153.

[5]林三元.基于单片机数字电压表设计[J].工业技术，2014(10)：12－1.

Design of a High Precision Digital Voltage Meter

LI jie,WANG Ji-Feng
(College of Mobile Telecommunications,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 401520,China)

In the traditional instrumentation dustry the Analog voltage meter single function,Low measurement accuracy,In this paper,a high precision digital voltage meter is designed.The design uses AT89C51 microcontroller,A/D converter,etc,and completes the design of hardware and software,it has 8-channel input can measure of 0-5V voltage values,and on display by LCD1602 in turns,or Select single channel display.

digital voltage meter;A/D converte;AT89C51;high-precision

TP393

A

1008-1739（2015）18-69-369-3

定稿日期：2015-08-26