摘要
本设计以单片机STC12C5A32S2作为系统控制核心，单片机通过其内部AD 对系统输入输出的电压电流进行实时采样，再经模数转换将模拟量变为对应的数字量，之后可以利用单片机内部程序进行运算就可以得到结果，系统以1602字符型液晶作为输出器件，显示采样所得的输入输出的电压电流。经测试，作品均达到设计要求。
关键字：数字电压电流表；AD转换；实时测量
1 系统设计方案
1.1方案设计及比较
实现数字电压电流表的设计方案主要内容包括采样数据的A/D 转换，数字相乘和数字滤波三部分。因此，电功率表的设计可分为以下几个方案。
方案一：A/D 转换器和单片机
众所周知单片机内部有中央处理器(运算器、控制器和寄存器)和存储器，因此可进行数字相乘和滤波运算，并且有些单片机自带A/D 转换器，可以大大减少设计的难度。只需电压电流采集并输送到单片机内部进行数据处理就可以得出功率设计。其原理框图如图1.1所示。
图1.1 单片机实现电压电流表方案
通过直接采样电压和和通过采样电流直接输送到STC12C5A32S2单片机内部进行A/D 转换为全数字信号，然后用STC12C5A32S2单片机编程实现数字相乘和滤波，从而得到数字化功率信息，并产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。该方案设计简单，成本较低，可实现设计所须的最低要求。
方案二：专用电能计量芯片和单片机
随着电子电表的快速发展，目前市场上出现了很多种专用电能计量芯片众多的电能计量芯片基本原理和基本功能是一样的，都含有A/D 转换，数字相乘和滤波部分，且均有电流和电压有效值等更多电能参数。利用这类专用电能计量芯片和STC12C5A32S2单片机配合使用，可以很方便地开发出一些应用系统。图
1.2便是这类方案的原理框图。
图1.2 专用电能计量芯片和单片机实现电压电流表方案
由图1.2可知，负载的电压和电流传感器产生的可识别电压信号，然后用单片机对此脉冲进行计量，产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。
方案三：MSP430FE42x 系列
微控制器(MCU)-MSP430FE42x 系列是TI 公司生产的用于电子式电能仪表的片上系统，它具有完全可编程的通信功能，完全能满足从事开发诸如测量值自动读取(AMR)、智能卡预付和多费率计费等具有复杂功能的电子式电能仪表制造的需要。它具有高性能的16-位RISC 结构指令的CPU ，可实现实时信号处理和
多任务计算处理；其内部集成有SCAN IF模块，可以检测信号，并实现A/D转换，最终实现低功率测量。因此，可以对其编程，使它实现从A/D转换到数字相乘和滤波的全部数字处理过程，从而产生数字化的电压电流信息，在此基础上产生系统所需控制信号，完成整个系统的功能。图1.3是原理框图。
图1.3 用微控制器(MCU)-MSP430FE42x实现数字电压电流表方案
综合考虑，与其他两个方案相比，方案一的最大的优点就是核心电路由单片机构成，方便取材，符合课题研究的要求低功耗、低成本制作简易数字电压电流表的设计。本设计最终采用方案一，并选择STC12C5A32S2单片机作为核心芯片，实现系统控制。
2 电压电流测量电路
2.1系统框图
图2.1系统方框图
2.2 工作原理
通过电源输入利用采样电路分别对电压和电流进行采样，通过取样电阻以及组成的模块将采样电流转换成等效电压值，并将两电压值分别输入到STC单片机内部，可进行A/D转换、数字相乘、滤波运算和系统控制，最终将数据在液晶显示屏中显示，通过串行接口可将数据发送至电脑。为要使测量的精度尽量高，可在一段时间内多次采样数据，然后再在程序中处理，求出平均值。
2.3 电压测量电路
电压采集电路由电阻R1，R3分压保护电路,电容C5滤波的作用，采集数据通过VV1送到单片机。电压输入与VV1的比值等于R1+R3/R1=6：1，R1,R3取值主要考虑的是单片机STC12C5A32S2的参考电压5V。设计所要求的电压是0到30V，以最大值所计算小于5V，满足要求。R1,R3如果取太小不能起到保护电路的作用，如果取太大电信号过不去，单片机采集不到信号。所以说R1的值不能太小也不能太大，但是R1和R3的比值要适当选好。电压测量电路如图3.2所示。电压测量电路如图2.2所示。
图2.2 电压测量电路
2.4 电流测量电路
电流采集模块：R23是0.05欧的采样电阻，R13、R15是起到一个限流的作用，主要是防止电压输入的突变，如果阻值太大的话，当输入电压太小了，就没有足够的驱动能力去驱动芯片，阻值太小就有可能电压过大烧坏芯片。R26、R30是负载电阻，起到阻抗匹配的作用。LM358芯片中两路放大器对电流信号进行20倍或39倍放大，放大后输出电流通过1kΩ电阻接地，处理后信号回输到LM358的4号管脚，形成闭环调节，构成两路同相放大。最后R23两边的电压经过一定的放大输送到单片机采样。电路设计如图2.3所示：
图2.3 电流测量电路
运算放大器U3A的放大倍数=
2
3
1
out
in
U R
U R
=+
=20
运算放大器U3B的放大倍数=
2
3
1
out
in
U R
U R
=+
=39
3 程序设计
控制单片机采用STC12C5A32S2，显示模块采用LCD1602 3.1程序总体流程图
4 系统测试
4.1测试方案
1、硬件测试：对不同的模块进行调试，再级联。
2、硬件软件联调
5 测试仪器
可调直流稳压电源、数字万用表
6 测试数据
电压表测试数据
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
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
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
9、电流表、电压表变化范围专题及答案 -------------------无师自通推荐 一．选择题（共9小题） 1．如图，R1上标有“10Ω，2A”字样，滑动变阻器的滑片在移动过程中，电流表的读数变化范围是0.2安至0.3安，电压表的读数变化范围是（） 2．如图所示电路，电源两端电压为20V不变，用滑动变阻器调节灯泡两端的电压．已知灯泡电阻为5Ω不变，滑动变阻器的最大电阻为20Ω，当滑动变阻器的滑片从a端移到b端的过程中，灯泡两端的电压变化范围是（） A．20V～4V B．4V～20V C．8V～20V D．0V～20V 3．如图，已知L的电阻为20Ω，R是阻值0～80Ω的滑动变阻器，电源电压6V保持不变．在滑片滑动过程中，电压表、电流表示数的变化范围是（） 电压表V的表示数变化为（） 5．如图所示电路中，电源电压为10V，且保持不变，电阻R1=20Ω，滑动变阻器R2的最大阻值是30Ω，则当滑片P在滑动变阻器上滑动时，电流表、电压表上示数变化的范围分别是（）
A．0.2A～0.5A，6V～0V B．0.2A～0.3A，6V～0V 6．（2005?兰州）如图所示电路中，滑动变阻器的最大电阻为20Ω，当滑片P从a端移到b端的过程中，电压表示数的变化范围是（） 中．已知电源电压为6V，电流表的量程为“0﹣0.6A”，电压表的量程为“0﹣3V”．闭合开关，移动滑动变阻器滑片，电流表、电压表示数的变化范围是（） 8．如图所示的电路中，电源电压保持不变设为U，滑动变阻器R2的最大电阻是电阻R1的7倍，当滑片由a端滑到b端时，R1两端的电压的变化范围是（） ． 从0到B． 从U到 C． 从0到 D． 从U到 1 值为50Ω．在滑片P从A端滑到B端的过程中，电流表的示数的变化范围是（）
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
A v 图 3 电流表电压表示数变化专题练习 一、填空 1、如图1，闭合S ，当滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电流表A 的示数将________．（选填 “变小”、“不变”或“变大”） 图1 图2 2、如图2所示的电路中，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片P 向上移动时，电流 表的示数_____，电压表的示数_____（选填“变大”、“变小”或“不变”）． 3、如图（a ）、（b ）两电路中滑动变阻器滑片向左移动，判断电路中各电表如何变化。 （a ） 读数 ， 读数 。 （b ）读数 ，读数 ， 读数 。 二、选择 1、如图3所示的电路，滑动变阻器的滑片P 向右滑动的过程中，电流表和 电压表的示数变化是 （ ） A ．电流表示数变小，电压表示数变大 B ．电流表，电压表示数都变大 C ．电流表示数变大，电压表示数变小 D ．电流表，电压表示数都变小 2、如图是一个自动体重测试仪的工作原理图，有关它 的说法正确的是（ ） A ．体重显示表是用电压表改装成的 B ．体重测试仪电路由于缺少开关，始终处于通路 C ．体重越大，体重显示表的示数越大 D ．体重测试仪所测体重越大，体重显示表的示数越大
3、在如图5所示的电路中，当滑片Ｐ向右滑动时（） Ａ、电压表示数增大，灯泡变暗 Ｂ、电压表示数增大，灯泡变亮 Ｃ、电压表示数减小，灯泡变暗 Ｄ、电压表示数增大，灯泡变亮图5 4、如图6所示，电源电压保持不变，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P向右滑动 时，电压表（） A．V 1示数增大，V 2 的示数增大 B．V 1示数减小，V 2 的示数增大 C．V 1示数减小，V 2 的示数减小 D．V 1示数增大，V 2 的示数减小 图6 图7 5、如图7所示电路，当滑片P向左滑动时，电表读数的变化是（） A．电压表读数增大电流表读数增大 B．电压表读数减小电流表读数增大C．电压表读数不变电流表读数不变 D．电压表读数增大电流表读数不变 6、在如图8所示的电路中，电源电压和灯泡电阻都保持不变，当滑动变阻器R的滑片P由中点向右移动时，下列判断中正确的是 （） A．电流表和电压表的示数都增大 B．电流表和电压表的示数都减小 C．电流表和示数减小，电压表的示数增大 D．电流表和示数减小，电压表的示数不变图8 图9 7、如图9所示，电源电压不变，当开关S闭合，变阻器滑片P向下移动时（）A．电压表示数减小，电流表示数增大 B．电压表示数减小，电流表示数减小 C．电压表示数增大，电流表示数减小 D．电压表示数增大，电流表示数增大 8、如图10所示，电源电压保持不变，当滑动变阻器滑片P 由左端向右移到中点的过程中，下列判断正确的是（） A.电压表和电压表A 1，A 2 的示数变大 B.电流表A 1示数变大，电流表A 2 的电压表示数不变 C.电流表A 2示数变大，电流表A 1 、电压表示数不变 D.条件不足，无法判断 9、如图所示的电路中，电源电压保持不变，闭合开关S，当滑 动变阻器滑片向左移动时（） A. 灯泡L 1亮度不变，L 2 变亮 B. 电流表示数变小，电压表示数不变 C. 电流表示数不变，电压表示数变大 D. 电流表、、电压表示数均不变
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。
2014-2015学年度电压表电流表示数变化判断（一20141112） 1．如图所示，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动过程中，电流表和电压表示数变化情况应是 （ ） A ．电压表、电流表示数都变大 B ．电压表示数变大，电流表示数变小 C ．电压表示数变小，电流表示数变大 D ．电压表、电流表示数都变小 2、如图所示电路，将滑片P 向左端移动，则电路中的电流表、电压表的示数变化情况是（ ） A.电流表、电压表的示数均变大 B.电流表、电压表的示数均变小 C.电流表的示数变大、电压表的示数变小 D.电流表的示数变小、电压表的示数变大 3．如图所示，电源两极间电压不变，当滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表和电压表的示数变化情况是 A ．电压表的示数增大，电流表的示数减小 B ．电压表的示数减小，电流表的示数增大 C ．电压表的示数增大，电流表的示数增大 D ．电压表的示数减小，电流表的示数减小 4．如右图所示，电源电压不变，当滑动变阻器的滑片从左向右滑动过程中，电流表和电压表的示数变化情况应是 A.电压表、电流表示数都变大 B.电压表示数变大，电流表示数变小 C.电压表示数变小，电流表示数变大 D.电压表、电流表示数都变小 5．如图所示，电源电压保持不变，当滑动变阻器的滑片向右移动时，电流表和电压表示数变化，判断正确的是：（ ） A ．电流表和电压表的示数都变小 B ．电流表示数变小，电压表示数变大 C ．电流表示数变小，电压表示数不变 D ．电流表示数变大，电压表示数不变 6．如图所示，是小明设计的压力传感器的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器的滑片P 固定在一起，AB 间有可收缩的导线，R 1为定值电阻。当闭合开关S ，压力F 增大时，电流表与电压表示数的变化情况是（ ） A ．电流表示数变大，电压表示数变小 B ．电流表示数变小，电压表示数变大 C ．电流表、电压表示数都变大 D ．电流表、电压表示数都变小 7．用图示的电路探究导体的导电性能，电路中电源电压保持不变，R 是一只 光敏电阻，当光照射强度增大时，其电阻值会减小．闭合开关，减弱对光敏电阻的照射强度，电流表和电压表示数的变化情况是 （ ） A ．电流表示数增大，电压表示数减小 B ．电流表示数减小，电压表示数增大 C ．电流表、电压表示数均增大 D ．电流表、电压表示数均减小 8S 闭合，滑动变阻器的滑片P 向右移动时，电流表和电压表的示数的变化情况分别为( ) A ．电流表的示数变小，电压表的示数变大 B ．电流表的示数变大，电压表的示数变小 C ．电流表的示数变小，电压表的示数不变 D ．电流表的示数变小，电压表的示数变小 第7题
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
电表示数变化问题 思路方法: 1.先弄清变化前后电路的连接方，有变阻器的电路，要知道变阻器的哪段电阻接入了电路，滑片移动接入部分电阻如何变化，有开关的电路，要知道开关的通、断对电路带来的影响。 2.再弄清电流表测量的是干路电流还是哪条支路电流，电压表测量的是哪个电阻或哪段电路两端的电压还是测量电源电压。 3.电路变化的分析方法：先看局部电阻的变化（由滑动变阻器和开关引起），再看总体的变化（总电阻、总电流，总电压的改变），最后分析局部的变化（局部电流、局部电压的变化）。 4.解题必备的三个基本规律: （1）电源电压及定值电阻的阻值通常不变。 （2）串联电路中哪段电路的电阻增大，这段电路两端的电压就一定变大。 （3）无论是串联还是并联电路，其总电阻的变化与其中任何一个电阻的变化均为同增同减。 局部电阻变大（变小），总电阻变大（变小），总电流变小（变大）。 强化训练： 1.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P向左滑动，下列说法正确的是【】 A.电流表A的示数变小，电压表V1的示数不变； B.电流表A的示数变小，电压表V1的示数变大； C.电压表V1与电压表V2的示数之和不变； D.电压表V2与电流表A的示数之比不变。 2.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片向左移动，则【】 A. A示数增大，V1、V2示数都减小； B. A示数减小，V1、V2示数都增大； C. A示数减小，V1示数减小，V2示数增大； D. A示数增大，V1示数增大，V2示数减小。 3．如图所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑动变阻器滑片P向右滑动过程中【】A.电压表V示数变小； B.电流表A2示数变小； C.电流表A2示数不变； D.电流表A1示数变大。 4.如图所示，电源电压保持不变，闭合开关后，滑动变阻器的滑片向上移动，则【】 A.电流表和电压表V1、V2示数都不变； B.电流表示数减小，电压表V1示数减小，V2示数增大； C.电流表和电压表V1示数不变，电压表V2的示数减小； D.电流表示数增大，电压表V1示数增大，V2示数减小。
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
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。
图 26 28 2011中考物理专题导航讲练系列――电流表、电压表示数的变化问题 例1．学习电学知识后，物理兴趣小组对亮度可调的应急灯进行了探究，发现它的亮度调节开关相当于一个滑动变阻器，电 路如图26所示．闭合开关， 用电压表和电流表对其进行测量，调节滑动变阻器使灯 泡变亮的过程中，电压表和电流表的示数变化情况是(电源电压 保持不 变) ( ) A ．电流表A 的示数变小 B.电压表Vl 的示数变大 C.电压表V1的示数变小 D ．电压表v2的示数不变 【思路点拨】此类题首先是简化电路，然后明确电路连接方式，找出电表测量的对象。再分析R 变化引起I 、U 怎样变化。本题中，L 与R 是串联，电流表A 测量电路中的电流，而电压表V 1测量滑动变阻器的电压，而电压表V 2测量灯L 的电压（通常认为L 的电阻不变），故灯L 变亮的过程中，电流变大，总电压不变，则总电阻应变小，根据分压关系可知： V 1越来越少，V 2越来越多。 答案： 例2．如图27所示电路中，电源电压不变．当闭合开关S ，滑动变阻器的滑片P 向右移动时，下列判断正确的是 ( ) A ．电流表示数变大，电压表示数变小 B ．电流表示数变小，电压表示数不变 C ．电流表示数变小，电压表示数变大 D ．电流表示数变大，电压表示数不变 【思路点拨】R 1与R 2并联，电流表测干路中的电流，电压表 测R 2两端电压也是总电压(电源电压)，由于电源电压不变，因此电压表的示数不变。当滑片P 向右移动时，滑动变阻器连入支路的电阻变大，故I 变小，即电流表的示数减小。 【规律总结】 （1）首先简化电路，其次弄清电路连接方式；再根据欧姆定律和串并联电路的特点写出电流表、电压表示数表达式；最后通过分析电阻变化结合关系式确定I 和U 怎样变化。 （2）电路电阻变化有两种情况：一是变阻器滑片移动引起电路总电阻变化；二是开关的断开或闭合引起电路中连接方式及电路总电阻变化。 （3）解题思路：先局部（滑动变阻器，电路中的开关怎么变化），再整体（看整个电路的总电阻怎么变化），最后再看局部（要判断的电表示数如何变化）。 拓展演练 1． 图28所示的是握力计的原理图，其中弹簧上端和滑动变阻器滑片固定在一起，AB 间有可收缩的导线，R 0为保护电 阻，电压表可显示压力的大小。则当握力F 增加时电压表的示数将（ ） A ．变大 B ．变小 C ．不变 D ．无法确定 2．如图29所示电路，闭合开关后，将滑动变阻器滑片P 由a 端向b 端滑动过程中，图中电压表和电流表的示数变化正确的是( ) A.电压表示数不变，电流表示数变大
《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。
数字电压表电路ICL7107 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。 8.ICL7107 也经常使用在 ±1.999V 量程，这时候，芯片 27,28,29 引脚的元件数值，更换为 0.22uF,470K,0.047uF 阻容网络，并且把 36 脚基准调整到 1.000V 就可以使用在±1.999V 量程了。 9.这种数字电压表头，被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟－数字转换的最基本，最简单而又最低价位的一个方法，是作为数字化测量的一种最基本的技能。 ..... ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。它包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。这里我们介绍一种她的典型应用电路--数字电压表的制作。其电路如附图。 制作时，数字显示用的数码管为共阳型，2K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻，其它器件选用正品即可。该电路稍加改造，还可演变出很多电路，如数显电流表、数显温度计等.
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...................................................................................................
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)