数字电压表
译文
引言
这是一个很容易建立并且非常准确和有用的数字电压表。它被设计成一个面板仪表，可用于直流电源供应器或其他需要有一个准确电压指示的地方。该电路采用的ADC（模拟数字转换器）集成电路CL7107由Intersil公司生产。该IC采用40引脚的情况下整合了所有必要的电路模拟信号转换为数字，可以直接驱动4个7段LED显示。在IC中内置的电路是数字转换器，比较器，一个时钟，一个解码器和一个7段LED显示驱动器模拟。在这里它描述了一个可以显示在0-1999电压范围的直流电压电路。
LED显示屏数字电压表技术规格 - 特征
电源电压：.............+ / - 5V（对称）。
电源要求：.............200mA（最大）。
测量范围：.............+ / - 0-1,999V在四个范围。
精度：.................0.1％。
特征：
小尺寸。
简易建筑。
成本低。
简单的调整。
易于读取距离。
很少的外部元件。
数字电压表的基本原则
为了了解电路的运作的原则，说明ADC的集成电路工程是必要的。该集成电路具有以下非常重要的特点：
准确性。
抗干扰性。
无需要一个采样保持电路。
它有一个内置的时钟。
它不需要精度高的外部元件。
一个模拟数字转换器(ADC)，从现在起更好的称为双斜率转换器或集成转换器。这种类型的转换器通常优于其他类型，因为它提供了准确，简洁的设计和它可以将相对不重要的噪音变得非常可靠。如果将电路分两个阶段描述，该电路的操作将更好的理解。在第一阶段的输入集成电压和最后阶段的输出集成电压中有一个电压与输入电压成正比。在预设的时间结
束时，积分将到达内部基准电压以及输出电路会逐渐降低直至达到零参考电压水平。第二个阶段就是所谓的负斜率时期，其持续时间由第一阶段积分器输出而定。作为第一个操作时间是固定的，第二个变量的长度就可以比较两个这样的输入电压，其实是相对于内部参考电压，其结果是编码，然后发送到显示。
示意图（固定16-11-09）
7段显示器引出线MAN6960
这一切听起来很容易，但实际上它是一系列非常复杂的操作，这些都是由ADC集成电路作出了很少的外部元件，帮助它们用来配置工作的电路。详细的电路的工作原理如下。为了进行测量，需要将电压施加于电路的1和2点，最后通过电路的R3，R4和C4应用到集成电路的引脚30和31。从下图你可知这是该集成电路的输入(分别为高与低)。R1电阻的C1一起用来设置内部振荡器(时钟)，该设置约48Hz。在这个时钟速率大约有三个不同的每秒读数。连接集成电路引脚33和34之间的电容已被选定，以弥补由内部参考电压带来的误差，并保持稳定的显示。电容C3和电阻R5在一起的电路是输入电压的集成电路，同时它可避免
任何使电路更快的分裂输入电压，从而使错误的可能性大大减少进而使电路更稳定。在没有输入电压时电容器C5强迫仪器显示为零。当输入为零时电阻R2和P1一起用来调整仪器在设置过程中显示为零。电阻R6的控制电流允许流经显示，以便使电路在没有损坏的前提下显示充分的亮度。至于我们上面已经提到的芯片它能够驱动4个共阳极LED显示屏。这三个最右边的显示器相连，使他们可以显示所有从0到9的数字，而从左边第一个只能显示数字1，当电压为负“-”的时候。整个电路工作，从对称ρ5伏直流电电源，这在引脚1(+5V)申请，21(0V)，26(-5V)集成电路。
数字电压表印刷电路板的加工
首先让我们考虑建立一个印刷电路板上的电子电路的基础知识。该印刷电路板是由薄绝缘铜的导电复合材料薄层形成，这样以形成电路之间的各组成部分的必要的导体。一个设计完善的印刷电路板是非常可取的，因为它大大加快了加工，并大大减少了决策失误的可能性。为了保护印刷电路板在存储过程中被氧化和保证它到达你所要求的完美的条件，在生产过程中将铜镀锡的同时起表面还要覆盖一层特殊的漆，这样不仅防止了它被氧化，也使焊接更容易。
焊接的部件，印刷电路板是建立你的电路的唯一的方式和你在做板时很大程度上取决了你的成功或失败。这项工作也并不是很困难，如果你坚持有一些规则你应该没有问题。在你使用电烙铁时，其功率不应超过25瓦。它的尖应该是好的，并且必须时刻保持清洁。为此我们特地准备了一特制海绵并使其保持潮湿，这样可以不时擦拭热烙铁尖，从而去除积累在它上面的残渣。
如果烙铁尖不能清洗或更换，请勿用文件或砂纸弄脏或磨损其尖部。在市场上有许多不同类型的焊接剂，你应该选择一个优质的一个在其核心包含必需的流量的焊接剂，以保证每次焊接时都能完美的接合。
不使用助焊剂除了在你的焊接剂里已含有助焊剂。太多的流量可能会导致许多问题，也是电路故障的主要原因之一。但如果您必须使用额外的流量，因为它是在你不得不将铜线镀锡的情况下，将起彻底清除干净后你完成了你的工作。
为了焊接组件正确，您应该执行下列操作：
用一小块砂纸清洁清洁组件。
弯曲组件使它们之间有一合适的距离并插入在印刷电路板中的正确地位组成部分。
你有时可能会发现比起平常还会有重计部分，它将过于厚而不能进入个人电脑印刷电路板的孔。在这种情况下使用的小型钻孔略有放大。不要使孔太大，因为这将会使焊接困难。拿着热铁将其尖端放在组件的一角上，同时将焊锡丝末梢放在尖端的一个点上。烙铁头必须触及略高于印刷电路板的地方。
当焊锡丝开始融化和流动等待它均匀覆盖孔周围的区域和通量疖并且焊料从下面流出。整个过程不应超过5秒。清除烙铁，让焊接剂自然冷却不吹，或移动组件。如果一切处理得当则表面联合处有一个光明的金属质感，其边缘应该是平滑的并且有一轨道面。如果焊料看起来暗淡无光，有裂痕的，或有一个气泡的形状，那么你虚焊了和你应该清除焊接剂(用泵，或焊芯)然后重做它。
注意不要过热的轨道，因为它是很容易从其电路板上解除从而损坏电路板。在你焊接一个敏感元件时，很好的做法是用一个长鼻子钳子夹着电路板组件的边缘进行热转移但是那样容易损坏组件。
确保你不使用过多的焊料是必需的，因为你正在冒着毗邻轨道短路的风险，特别是如果他们都非常接近时。
当你完成你的工作时，切断组件的多余部分和用适当的溶剂来彻底清除可能还留在电路
板上的助焊剂残留物。
更换的电阻按照下表：
0 - 2V............ R3 = 0欧姆1％
0 - 20V........... R3 = 1.2千欧1％
0 - 200V.......... R3 = 12千欧1％
0 - 2000V......... R3 = 120千欧1％
当您完成所有的电路板上焊接和您确信一切正常，可以插入在其位芯片。该IC是CMOS 类型于是对静电非常敏感。它有铝箔包裹以防止静电放电，并应小心处理，以免损坏它。尽量避免用你的手接触引脚，并且保持地面电路和你的身体电位在你插入的位置。
电路连接到一个合适的电源ρ5伏直流电上，开启电源。在光显示区应立即形成一个数字。短路输入（0V）和调整微调小屏幕显示，直到完全去掉0。
故障检查简介
检查您可能造成的虚焊，跨越邻近轨道或助焊剂残留物的桥梁工作，通常会造成问题。再次检查所有的电路和外部连接，看看是否有一个错误。
看是否有任何组件丢失或错误的地方插入：确保所有的两极分化组件已被焊接正确。
确保供应具有正确的电压，以正确的方式连接到你的电路上。检查您的故障或损坏的部件项目。
样品电源1 样品电源2
MC14433组成数字电压表的原理与应用 器件介绍： MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 精度：读数的±0.05%±1字 模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 转换速率：2-25次/s 输入阻抗：大于1000MΩ 电源电压：±4.8V—±8V 功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值） 采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出，同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。
应用： MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。 MC14433的引脚说明： [1]. Pin1(VAG)—模拟地，为高科 技阻输入端，被测电压和基准电压的接 入地。 [2]. Pin2(V R)—基准电压，此引脚 为外接基准电压的输入端。MC14433只要 一个正基准电压即可测量正、负极性的 电压。此外，V R端只要加上一个大于5 个时钟周期的负脉冲(V R)，就能够复为至 转换周期的起始点。 [3]. Pin3(Vx)—被测电压的输入端，MC14433属于双 积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系： 因此，满量程的Vx=V R 。当满量程选为1.999V，V R 可 取2.000V，而当满量程为199.9mV时，V R 取200.0mV，在实 际的应用电路中，根据需要，V R 值可在200mV—2.000V之间 选取。 [4]. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)—外接积分元件端。 次三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470kΩ，而满量程为200mV时，R1取27kΩ。 [5]. Pin7、Pin8(C 01 、C 02 )—外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。 [6]. Pin9(DU)—更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。 [7]. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)—时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300kΩ即可。 若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，参考附图。
单片机原理及系统课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2010 年 3 月 7 日
基于单片机的数字电压表设计 摘要
图3.2系统原理图4软件设计
5.系统调试及仿真结果 6.总结 两周的课程设计结束了，在这过程中，我学到了很多东西。首先，我学会了单片机设计的基本过程有哪些，每一过程有哪些基本的步骤，怎样通过查资料去完成这每一步。其次我巩固了上学期所学的一些单片机知识，从而加深了对ADC0809芯片的功能的了解。在编程过程中，遇到了许多困难，通过与同学之间的交流和咨询，最后解决了这些困难。所谓实践出真知，学到的东西只有运用到实践当中，才能真正体会到知识的力量。最后，通过这次课程设计，让我明白了想法和实践还是有差距的，当你真正去做一件事的时候，你会发现你的想法可能不适用，随时都需要调整，另外扎实的理论知识也是完成设计任何设计必不可少的要素，一切想法离开了理论知识都是空想。 参考文献 [1]彭为,黄科,雷道仲.单片机典型系统设计实例精讲[M].电子工业出版社.2009:22-54. [2] 谭浩强.C程序设计(第三版)[M].清华大学出版社.2009:32-46. [3] 王思明,张金敏,张鑫等.单片机原理及应用系统设计(第一版)[M].科学出版社.2012:70-292.
附录A源程序代码#include
电子线路硬件课程设计总结报告 课题：数字电压表设计 班级： 作者： 学号： 指导老师：
摘要 一个测试结果稳定、准确的数字电压表，既能减少了使用者的工作量，又提高了测量的精准度，而且人为误差被大大减小，方便与电路打交道的人快速有效的完成自己的工作。 本项目设计并实现了一个能够对0-200V范围的直流电压进行测量的数字电压表，测量分为4挡：200mV、2V、20V和200V，手动控制档位选择，显示部分小数点自动实现切换。项目基于AT89C51单片机，拓展AD转换、显示部分。不同档位的待测电压通过不同档位的衰减电路后变为0-200mV，再通过一个OPA336一致放大到0-2V送入AD的输入端，然后通过芯片AT89C51内的程序控制AD转换并输出。不同档位的电压信号又不同的程序控制输出到数码管显示。 整个电路连线简单易于实现，而且成本很低，测出的电压精度也足够满足需求。 关键字：数字电压表； AT89C51单片机；易于实现
Abstract A digital voltmeter which is stable and accurate can not only reduce the work of the user, but also free off the error produced by using wrong. It is convenient to people who work with the circuit. This voltmeter is designed to measure a voltage between 0 to 200. It’s divided into four gears as 200 millivolt, 2 volt, 20volt, and 200volt. Gears changing is worked by hang. The project is base on the chip AT89C51 of one-chip computer. An analog to digital converter, a display section, and a voltage attenuation are attached to the chip and they make up the design. The voltage of different gears are changed into 0-200 millivolt. Then they are sent to an OPA336, and it’s output is 0-2 volt. The output is sent to the analog to digital converter.Then the chip control the analog to digital converter’s output to the displaying section. The whole circuit is easy. And although it’s cost is very low, the accuracy of the outcome is fine. key words: digital voltmeter, one-chip computer, AT89C51
$NOMOD51 ;------------------------------------------------------------------------------ ; This file is part of the C51 Compiler package ; Copyright (c) 1988-2002 Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc. ;------------------------------------------------------------------------------ ; STARTUP.A51: This code is executed after processor reset. ; ; To translate this file use A51 with the following invocation: ; ; A51 STARTUP.A51 ; ; To link the modified STARTUP.OBJ file to your application use the following ; BL51 invocation: ; ; BL51
DIY数字显示直流电压表 最近想做一个电源，因为经常DIY，没有一个电源不像样子，虽然是业余的，但是电压有时也会有不同的电压值，如做成固定的电压应用起来就不方便，如做成可调的，电源值就不能直观的展示出来，每调一次就用万用表量一起也不方便。如果有一个电压表装在电源上就方便多了，指针式的表头读起数来总是有点别扭，所以就想找一个数字式的电压表头。因此在这样的背景下自己通过DIY 制作了一个4位数字显示的电压表头。 做数字式电压表用什么IC好呢？选来选去最后决定用ICL7017吧！定好芯片就开要画个完整的电路图。既然要做就做好点，不想用洞洞板来接线路板，电线飞来飞去的有点头痛的感觉，所以还要画一块PCB板。电路图及PCB板的设计如下图示：
有了图就要准备物料了，不想一个一个的写出来，给个物料清单吧如下 组件编号 组件数值组件规格用量 号 C1 0.1uF 瓷片电容±20% 50V 1 C2 100P 瓷片电容±5% 50V 1 C3 0.1uF 金属膜电容±5% 63V 1 C4 0.1uF 独石电容±5% 63V 1 C6 0.22uF 金属膜电容±5% 63V 1 C5 0.47uF 金属膜电容±5% 63V 1 C7,C8 10uF/25V 电解电容+80-20% 2 R1 150Ω金属膜电阻±1% 1/4W 1 R8 1K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R9 1M 1/2W 金属膜电阻±1% 1/2W 1 R7 1M 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R3 2.95K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R2,R5 10K 金属膜电阻±1% 1/4W 2 R4 20K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R6 154K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 R10 470K 金属膜电阻±1% 1/4W 1 VR2 5K 精密微调电阻922C0 W 502 1 D2,D3 4148 ST 1N4148 DO-35 2 J1,J2 DC5V 鱼骨针2pin 2 D1 DIODE 1N4004 DO-41 1 DS1~4 HS-5161BS2 共阳8段数码管 4 U1 ICL7107 IC ICL7107CPLZ DIP-40 1 U2 TC4069 IC TC4069UBP DIP-14 1 U3 TL431 IC TL431A TO-92 1 IC插座14 pin 2.54mm 1 IC插座40 pin 2.54mm 1 PCB光板36x68x1.6mm 双面FR-4 1 塑料外壳尺寸要与PCB板配合，网上购的 1 镙丝 4 锡线适量 工具就是电子爱好者的常用工具了
课程设计 ——基于51数字电压表设计 物理与电子信息学院 电子信息工程 1、课程设计要求 使用单片机AT89C52和ADC0832设计一个数字电压表，能够测量0－5V之间的直流电压值，两位数码显示。在单片机的作用下，能监测两路的输入电压值，用8位串行A/D转换器，8位分辨率，逐次逼近型，基准电压为 5V；能用两位LED进行轮流显示或单路选择显示，显示精度0.1伏。 2、硬件单元电路设计 AT89S52单片机简介 AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存
储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 ADC0832模数转换器简介 ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。 图1 芯片接口说明： 〃 CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 〃 CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
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
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。 图1-1 数字电压表系统设计方案 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
数字电压表 单片机课程设计报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2011 年3 月29 日
数字电压表电路设计报告 一、题目及设计要求 采用51系列单片机和ADC设计一个数字电压表，输入为0～5V线性模拟信号，输出通过LED显示，要求显示两位小数。 二、主要技术指标 1、数字芯片A/D转换技术 2、单片机控制的数码管显示技术 3、单片机的数据处理技术 三、方案论证及选择 主要设计方框图如下： 1、主控芯片 方案1：选用专用转化芯片INC7107实现电压的测量和实现，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是京都比较低，内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。 方案2：选用单片机AT89C51和A/D转换芯片ADC0809实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是转换京都高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 基于课程设计的要求和实验室能提供的芯片，我选用了：方案2。 2、显示部分 方案1：选用4个单体的共阴极数码管。优点是价格比较便宜；缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。 方案2：选用一个四联的共阴极数码管，外加四个三极管驱动。这个电路几乎没有缺点；优点是便于控制，价格低廉，焊接简单。 基于课程设计的要求和实验室所能提供的仪器，我选用了：方案2。
四、电路设计原理 模拟电压经过档位切换到不同的分压电路筛减后，经隔离干扰送到A/D 转换器进行A/D 转换。然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LED 中显示。同时通过串行通讯与上位通信。硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为A/D 转换电路、LED 显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍；程序的设计使用汇编语言编程，利用Keil 和PROTEUS 软件对其编译和仿真。 一般I/O 接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED 显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED ，此时就需要增加LED 驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL 或MOS 集成电路驱动器，在本设计中采用了74LS244驱动电路。 本实验采用AT89C51单片机芯片配合ADC0808模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1所示。该电路通过ADC0808芯片采样输入口IN0输入的0～5 V 的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道 D0～D7传送给AT89C51芯片的P0口。AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口传送给数码管。同时它还通过其三位I/O 口P1.0、P1.1、P1.2、P1.3产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外，AT89C51还控制着ADC0808的工作。其ALE 管脚为ADC0808提供了1MHz 工作的时钟脉冲；P2.4控制ADC0808的地址锁存端 (ALE)；P2.1控制ADC0808的启动端(START)；P2.3控制ADC0808的输出允许端(OE)；P2.0控制ADC0808的转换结束信号(EOC)。 电路原理图如下所示，三个地址位ADDA,ADDB,ADDC 均接高电平+5V 电压，因而所需测量的外部电压可由ADC0808的IN7端口输入。由于ADC0808
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
数字电压表 摘要 在现代先进的电子系统的前端和后端都将应用到A／D转换器，以改善数字处理技术的性能。在各种A／D转换器中，逐次逼近型A／D转换器是采样率低于5 Msps(每秒百万次采样)的中等至高等分辨率应用的常见结构。由于逐次逼近型A／D转换器具有低功耗、小尺寸的特点，因此有很宽的应用范围。本文设计的8位逐次逼近A／D转换器，采用了以D／A转换器、比较器和带隙基准模块为主体的结构，通过各个模块的优化设计，得到了可在4.5V-5.5V单电源电压下工作的中速、低功耗8位逐次逼近A／D转换器。 D／A转换器模块采用了扩展分辨率的方法，将电阻分压和电容分压相结合，得到了不同缩放方式的DAC组合，扩展D／A转换器分辨率，也提高了转换速度。比较器模块采用了三级比较器通过电容耦合级联的方式来实现，具有高增益的特点，结果所设计的比较器既满足了高速比较的要求，又有效降低了功耗。最后，在A／D转换器中基准电压模块也是一个很重要的组成部分，它直接关系A／D转换器的精度。本文中自主设计的带隙基准电路具有很高的抗电源电压波动和抗温度变化的能力，温度在-50℃-100℃、电源电压在 1.6V-9.7V范围内变化时能使输出保持在 1.246V。应用Cadence spectre采用CSMC 0.6μm CMOS Nwell工艺库对电路性能进行验证。仿真结果表明，设计的高速比较器、带隙基准电路和D／A转换器满足8位A／D 转换的要求。 Abstract In the front and the end of the advanced electronics systems, analog to digital converters (A/D converters) are applied to improve the performance of the digital processing technique. Of all kinds of A/D converters, successive approximation (SAR)A/D converters are frequently the architecture of choice for medium-to-high-resolution applications with sample rates under 5 mega samples per second (Msps). Because of providing low power consumption as well as a small scale factor, SAR A/D converters have a wide variety of applications.A 8-bit medium speed, low power A/D designed in this paper, is composed of digital-analog (D/A) converters, comparators ,bandgap and so on. By optimizing the performances of every module, it can operate well from from a signal 4.5V to 5.5V power supply.In D/A coverter module, in order to extend the resolution of D/A converter, the combination of differently scaled DACs is designed. A charge scaling D/A converter with capacitor voltage divider and resistance divider is designed, which extends the resolution of a parallel D/A converter as well as improve speed rate greatly. The comparator has the
《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称数字电压表设计 名姓 学号 专业
指导教师 机电与控制工程学院月年日 1 任务书 电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以8051单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、LED显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压，最小分辨率为0.02V。 该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下： 1、单片机部分。使用常见的8051单片机，同时根据需要设计单片机电路。 2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上，该部分决定了数字电压表的精度等主要技术指标。根据需要本设计采用逐次逼近型A∕D转换器ADC0809进行模数转换。 3、键盘显示部分。利用4×6矩阵键盘的一个按键控制量程的转换，3或4位LED显示。其中一位为整数部分，其余位小数部分。 关键词：8051 模数转换LED显示矩阵键盘 2 目录
1 绪论 (1) 2 方案设计与论证 (2) 3 单元电路设计与参数计算 (3) 4 总原理图及参考程序 (8) 5 结论 (14) 6 心得体会 (15) 参考文献16 (7) 3 1.绪论 数字电压表的基本工作原理是利用A/D转换电路将待测的模拟信号转换成数字信号，通过相应换算后将测试结果以数字形式显示出来的一种电压表。较之于一般的模拟电压表，数字电压表具有精度高、测量准确、读数直观、使用方便等优
点。 电压表的数字化测量，关键在于如何把随时连续变化的模拟量转化成数字量，完成这种转换的电路叫模数转换器（A/D）。数字电压表的核心部件就是A/D转换器，由于各种不同的A/D转换原理构成了各种不同类型的DVM。一般说来，A/D 转换的方式可分为两类：积分式和逐次逼近式。 积分式A/D转换器是先用积分器将输入的模拟电压转换成时间或频率，再将其数字化。根据转化的中间量不同，它又分为U-T（电压-时间）式和U-F（电压-频率）式两种。 逐次逼近式A/D转换器分为比较式和斜坡电压式，根据不同的工作原理，比较式又分为逐次比较式及零平衡式等。斜坡电压式又分为线性斜坡式和阶梯斜坡式两种。 在高精度数字电压表中，常采用由积分式和比较式相结合起来的复合式A/D转换器。本设计以8051单片机为核心，以逐次比较型A/D转换器ADC0809、LED 显示器为主体，构造了一款简易的数字电压表，能够测量1路0～5V直流电压，最小分辨率0.02V。 4 2.方案设计与论证 基于单片机的多路数字电压表电路的基本组成如图3.1所示。
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。
基于S T C C的数字电压 表 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]
1引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。本文设计了一种基于单片机的简易数字电压表。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转换主要由芯片ADC0804来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C52来完成，其负责把ADC0804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；此外,它还控制着ADC0804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0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过7段数码管显示出来。 2 设计总体方案 设计要求 ⑴以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。 ⑵采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直流电压值。 ⑶电压显示用LED数码管显示，至少能够显示两位小数。 ⑷尽量使用较少的元器件。 设计思路 ⑴根据设计要求，选择STC89C52单片机为核心控制器件。 ⑵A/D转换采用ADC0804实现，与单片机的P1口相连接。 ⑶电压显示采用三个7段LED数码管显示，另外三位数码管显示A/D转换的数 字量的值。
⑷LED数码的段选码和位选码均由单片机P0口经过两片74HC573锁存器输入。 设计方案 硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，STC89C52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。硬件电路设计框图如图1所示。 图2-1 数字电压表系统硬件设计框图 3 硬件电路设计 单片机系统 本次课设选择的单片机是STC89C52，之所以选择这块芯片，是因为该芯片的各项功能均符合本次课设的指标要求，并且该芯片有很多成熟的资料供我们学习，使用用起来很方便，也有专门的下载程序平台，方便现场调试。 复位电路和时钟电路 单片机在启动运行时都需要复位，使CPU和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,采用施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上出现2个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。复位完成后，如果RST端继续保持高电平，MCS-51就
荆楚理工学院 单片机课程设计成果 学院: 电子信息工程学院班级: 13电气2班 学生姓名:xxx学号:xxxxxxxxxxxxxxxx 设计地点（单位）单片机实验室D1302 设计题目:数字电压表 完成日期：2015年7月3日 指导教师评语: _________________________________ 成绩(五级记分制): 教师签名:
摘要 电压表是测量仪器中不可缺少的设备，目前广泛应用的是采用专用集成电路实现的数字电压表。本系统以STC89C52单片机为核心，以逐次逼近式A/D转换器ADC0809、数码管显示器为主体，设计了一款简易的数字电压表，能够测量0～5V的直流电压。 该设计大体分为以下几个部分，同时，各部分选择使用的主要元器件确定如下： 1、单片机部分。使用常见的STC89C52单片机，同时根据需要设计单片机电路。 2、测量部分。该部分是实验的重点，要求将外部采集的模拟信号转换成数字信号，通过单片机的处理显示在显示器上。根据需要本设计采用逐次逼近型A ∕D转换器ADC0809进行模数转换。 3、数码管显示部分。其中一位为整数部分，其余位小数部分。 关键词：STC89C52 模数转换数码管显示
目录 1.方案设计与论证 (4) 1.1方案设计 (4) 1.2方案论证 (4) 2.系统硬件电路设计 (4) 2.1系统原理框图 (4) 2.2 A/D转换电路 (5) 2.3单片机主控电路 (5) 2.4电压显示电路 (7) 2.5总体电路设计 (8) 3.系统测试 (10) 3.1测试方法与结果 (10) 3.2测试结论 (11) 3.3误差分析 (11) 4.设计总结 (11) 参考文献 (13) 附录 (14)
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
数字电压表电路图 2008年01月11日 23:38 本站原创作者：本站用户评论（0） 关键字： 数字电压表电路图 ICL7107 安装电压表头时的一些要点：按照测量＝±199.9mV 来说明。 1.辨认引脚：芯片的第一脚，是正放芯片，面对型号字符，然后，在芯片的左下方为第一脚。 也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一脚了。 许多厂家会在第一脚旁边打上一个小圆点作为标记。
知道了第一脚之后，按照反时针方向去走，依次是第 2 至第 40 引脚。（1 脚与 40 脚遥遥相对）。 2.牢记关键点的电压：芯片第一脚是供电，正确电压是 DC5V 。第 36 脚是基准电压，正确数值是 100mV，第 26 引脚是负电源引脚，正确电压数值是负的，在－3V 至－5V 都认为正常，但是不能是正电压，也不能是零电压。芯片第 31 引脚是信号输入引脚，可以输入±199.9mV 的电压。在一开始，可以把它接地，造成“0”信号输入，以方便测试。 3.注意芯片 27,28,29 引脚的元件数值，它们是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容网络，这三个元件属于芯片工作的积分网络，不能使用磁片电容。芯片的 33 和 34 脚接的 104 电容也不能使用磁片电容。 4.注意接地引脚：芯片的电源地是 21 脚，模拟地是 32 脚，信号地是 30 脚，基准地是 35 脚，通常使用情况下，这 4 个引脚都接地，在一些有特殊要求的应用中（例如测量电阻或者比例测量），30 脚或 35 脚就可能不接地而是按照需要接到其他电压上。－－本文不讨论特殊要求应用。 5.负电压产生电路：负电压电源可以从电路外部直接使用 7905 等芯片来提供，但是这要求供电需要正负电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等电路来得到，这样需要增加硬件成本。我们常用一只 NPN 三极管，两只电阻，一个电感来进行信号放大，把芯片 38 脚的振荡信号串接一个 20K －56K 的电阻连接到三极管“B”极，在三极管“C”极串接一个电阻（为了保护）和一个电感（提高交流放大倍数），在正常工作时，三极管的“C”极电压为 2.4V － 2.8V 为最好。这样，在三极管的“C”极有放大的交流信号，把这个信号通过 2 只 4u7 电容和 2 支 1N4148 二极管，构成倍压整流电路，可以得到负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。这个电压，最好是在－3.2V 到－4.2V 之间。 6.如果上面的所有连接和电压数值都是正常的，也没有“短路”或者“开路”故障，那么，电路就应该可以正常工作了。利用一个电位器和指针万用表的电阻 X1 档，我们可以分别调整出50mV,100mV,190 mV 三种电压来，把它们依次输入到 ICL7107 的第 31 脚，数码管应该对应分别显示 50.0,100.0,190.0 的数值，允许有 2 －3 个字的误差。如果差别太大，可以微调一下 36 脚的电压。 7.比例读数：把 31 脚与 36 脚短路，就是把基准电压作为信号输入到芯片的信号端，这时候，数码管显示的数值最好是 100.0 ，通常在 99.7 － 100.3 之间，越接近 100.0 越好。这个测试是看看芯片的比例读数转换情况，与基准电压具体是多少 mV 无关，也无法在外部进行调整这个读数。如果差的太多，就需要更换芯片了。