简易数字电压表设计与制作(ppt)
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《数字电压表》PPT课件
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
5、抗干扰能力
DVM的抗干扰能力可以用串模抑制比（SMR）和共模抑制 比（CMR）表示。
串模干扰是指干扰电压与被测电压串联后进入DVM形成干 扰的情况。
串模抑制比表示为：
H
被测
SMR 20 lg U smp dB
电压 Vx
DVM
U max SMR越大，抗干扰能力越强。
电路，实现多种参数的测量。
常
见的有：
•交流-直流电压变换器
•电流-电压变换器
•电阻-电压变换器
•电抗-电压变换器
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
➢电阻-直流电压（R-U）转换器
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
➢直流电流-直流电压（I-U）转换器
上海师范大学 电子工程系
DMM的电容测量方案分析
第四章 数字测量方法
4.1 电压测量的数字化方法 概述
数字电压表（DVM）的重要组成部分是能把模拟电压转 化为相应数字量的A/D转换器。
DVM的主要特点是：精度高、易于智能化和自动化、是 绝大多数数字化仪表的基本组成部分。
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
DVM的基本结构
Vx
输入电路
A/D转换器
数字 显示器
上海师范大学 电子工程系
逻辑控制 电路
时钟 发生器
模拟部分
数字部分
输入电路：对输入电压衰减/放大、变换等。 A/D转换器：实现模拟电压到数字量的转换。 数字显示器：显示模拟电压的数字量结果。 逻辑控制电路：在统一时钟作用下，协调内部电路有序工作。
第四章 数字测量方法
简易数字电压表
一、系统总体方案选择与说明八路数字电压由AT89C51单片机、ADC0809模数转换器、LED 显示模块、74LS148优先编码器等构成。
电压测量范围0-5V,测量最小分辨率0.0196V 。
测量误差为 0.02V 。
二、系统结构框图与工作原理工作原理：系统采用12M 晶振产生脉冲做AT89C51的内部时钟信号，通过软件设置单片机的内部定时器T0产生中断信号，利用中断设置单片机的P2.4口取反产生脉冲做AT89C51的时钟信号。
首先通过74LS148优先编码器选择八路通道中的一路，将该路电压送入ADC0809相应通道，单片机软件设置ADC0809开始A/D 转换，转换结束ADC0809的EOC 端口产生高电平，同时将ADC0809的EO 端口置为高电平，单片机将转换后结果存如片内RAM 。
系统调出计算子程序，将保存结果转化为0.00-5.00V 分别保存在片内RAM;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED 显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。
三、各单元硬件设计说明及计算方法时钟电路：时钟电路由一个12M 晶振，和两个3pF 电容组成，产生12M 赫兹的方波脉冲信号做为单片机的内部时钟。
复位电路：复位电路由一个22uF 的电容和一个1K 的电阻组成。
LED 显示电路：LED 显示电路采用7SEG-MPX4-CC-BLUE 显示模块和八个上拉电阻组成。
电压输入及编码电路：电压输入端用74LS148优先编码器选择八通道中其单片机时钟电路 复位电路 A/D 转换 编码器 LED 显示电路 电压输入中之一，74LS148接八个4.7K 滑动变阻器产生0.00-5.00V 电压信号。
A/D 转换电路： A/D 转换主要通过ADC0809模数转换器，将0.00-5.00V 电压模拟信号转换为0-255之间的数字信号。
四、软件设计与说明（包括流程图）主程序流程图： A/D 转换程序流程图：开始初始化A/D 转换调用显示子程序调用数据转换子程序开始 开始模数转化 转化是否 完成? 读取模数转换结果 结束数据转换子程序： 显示子程序：NY开始将P2口的高三位取出，送到LED_1 将A/D 转换结果除以51，商给LED_2，余数给B 余数减去26，差除以51，商给A,余数给B 减26有借位？ 商加5，和送LED_3 重复上面的过程，结果送LED_4 结束商直接送给LED_3 开始 将LED_1、LED_1、LED_1、LED_1中数分别取出查表 将查表后结果送LED 显示电路 结束五、调试结果与必要的调试说明当通道打到通道0时，滑动变阻器RV0的阻值调至最小位置时，LED显示为00.00，可以读出数据，0通道的电压为0.00V，结果正确；当把RV0的阻值调至中间位置时，LED显示为02.49,可以读出数据，0通道的电压为2.49V,结果正确；当把RV0的阻值调至最大位置时，LED显示为05.00，可以读出数据，0通道当前电压为5.00V，结果正确。
简易数字电压表
目录前言 (2)一、总体设计 (2)二、硬件设计 (3)1、A/D转换电路 (3)2、晶振电路 (4)3、复位电路 (5)4、AT89C52单片机介绍 (6)5、显示电路 (7)三、软件设计 (8)1、主程序流程图 (8)2、A/D转换子程序流程图 (8)四、调试说明 (9)五、使用说明 (10)六、结论 (11)参考文献 (11)附录 (12)Ⅰ、系统电路图 (12)Ⅱ、程序清单 (12)前言本课程设计实现电压数字化测量的方法是模—数（A/D）转换，本设计将用AD 转换芯片ADC0808对模拟信号进行转换，AD转换芯片ADC0808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。
AD转换芯片ADC0808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。
然后再通过对单片机AT89SC52进行软件编程，使单片机按规定的时序采集这些数字信号，通过一定的算法计算算出被测量电压值，最后驱动数码管进行电压显示。
简易数字电压表可以测量范围0至5伏范围内的8路输入电压值，并在4位LED数码管上轮流显示或选择显示。
其测量最小分辨率为0.02V。
本系统主要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D转换模块。
一、总体设计因ADC0809在Protues中无法进行仿真，因此选用ADC0808代替ADC0809。
然后选用单片机AT89C52和A/D转换芯片ADC0808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。
将数据采集接口电路输入电压传入ADC0808数模转换元件，经转换后通过OUT1至OUT8与单片机P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。
P3实现通道选择，P2口接数码管位选，P1接数码管，实现数据的动态显示。
二、硬件设计1、A/D转换电路A/D转换的作用是进行模数转换，把接收到的模拟信号转换成数字信号输出。
简易数字电压表毕业论文答辩ppt课件
❖ 在现代测量技术中，常常需要用数字电压表进行现 场检测，将测量的数据送入微计算机系统中，完成计算 、存储、控制和显示等功能。本课题的实际意义在于使 自己能够掌握对数字电压表的理解，并且设计电路与仿 真，加深对电路知识的巩固与复习。
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2.国内外发展现状
❖ 数字电压表是在上世纪50年代初兴起，60年代末发 展起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字 化测量技术，把连续的电压模拟量转变为离散的数字量， 通过数字处理利用显示器件显示。
分组成，模拟部分包括输入放大器。A/D转换器和基准电压源 ；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示 器。 ❖ 由单片机及A/D转换芯片构建
这种方案在第一种方案的基础上将数字电路部分应用到单片 机系统中，然后通过对单片机系统软件编程，采集信号并加以 转换，从而通过单片机送入显示器显示。此方案不仅能够继承 上一中方案的各种优点，还能改进上一中设计方案设计的不灵 活，以及原基础上进行功能扩展. 的不足。
设计要求
❖ （1）以51系列单片机为核心器件，组成一个简易的 直流数字电压表。
❖ （2）采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直 流电压值。
❖ （3）电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能 够显示两位小数。
❖ （4）电压表精确度受A/D转换的影响，误差0.02V。 最小分辨率0.02V。
❖单片机最小系统：时钟电路，复位电路 ❖A/D转换器模块：ADC0808 ❖显示模块：LED ❖电压测量电路：通过滑动变阻器避免电流输入过大
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电路原理图
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6.程序设计
根据模块的划分原则，将 该程序划分初始化模块，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，如图所 示。
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2.国内外发展现状
❖ 数字电压表是在上世纪50年代初兴起，60年代末发 展起来的电压测量仪表，简称DVM，它采用的是数字 化测量技术，把连续的电压模拟量转变为离散的数字量， 通过数字处理利用显示器件显示。
分组成，模拟部分包括输入放大器。A/D转换器和基准电压源 ；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示 器。 ❖ 由单片机及A/D转换芯片构建
这种方案在第一种方案的基础上将数字电路部分应用到单片 机系统中，然后通过对单片机系统软件编程，采集信号并加以 转换，从而通过单片机送入显示器显示。此方案不仅能够继承 上一中方案的各种优点，还能改进上一中设计方案设计的不灵 活，以及原基础上进行功能扩展. 的不足。
设计要求
❖ （1）以51系列单片机为核心器件，组成一个简易的 直流数字电压表。
❖ （2）采用1路模拟量输入，能够测量0-5V之间的直 流电压值。
❖ （3）电压显示用4位一体的LED数码管显示，至少能 够显示两位小数。
❖ （4）电压表精确度受A/D转换的影响，误差0.02V。 最小分辨率0.02V。
❖单片机最小系统：时钟电路，复位电路 ❖A/D转换器模块：ADC0808 ❖显示模块：LED ❖电压测量电路：通过滑动变阻器避免电流输入过大
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电路原理图
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6.程序设计
根据模块的划分原则，将 该程序划分初始化模块，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，如图所 示。
电压表的设计-PPT文档资料15页
重要元器件：
1、单片机芯片选择 2、A/D转换器芯片选择 3、显示的选择
§2.2设计方案
数字电压表的设计方案很多，但采用集成电路 来设计较流行。其设计主要是由模拟电路和数 字电路两大部分组成，模拟部分包括A/D转换 器，基准电源等;数字部分包括振荡器，数码 显示，计数器等。
单片机采用MCS-51系列单片机。由ATMEL公司生产的 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具 有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密 度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和 引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在 线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应 用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以 下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/ 计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内 晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护 方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切 工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还 具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果程序没有正 常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循 环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护
含微处理器借口逻辑（有三态输出缓冲器）， 故可直接与各种类型的8位或者16位的微处理 器连接，而无需附加逻辑接口电路，切能与 CMOS及TTL电路兼容。
硬件图：
C2
C1
30pΒιβλιοθήκη 30pX1CRYSTAL
C3
1nF
《数字电压表》PPT课件_OK
第5章 电压的测量
（3）有效值的基本概念
• 有效值U：指均方根值，用U或Urms表示。
•
1 物理意义： 一个交流电压和一个直流T电压分2 别加在同一电阻上，若在相
U u (t )dt 同的时间内它们产生r的m热s 量相等，则交0流电压的有效值U等于该直流电压
T 值。
第5章 电压的测量
3．交流电压量值相互转换
第5章 电压的测量
• 举例：设被测电压Ux = 3.285V ，逐次逼近寄存 器和D/A变换器都为6位，基准电压Uref = 10V 。
• 解：最后输出010101，显示3.281V • 由于D/A变换器输出的基准电压是量化的，因
此经变换后显示的数值3.281V比实际电压值低 0.004V，这就是A/D变换的量化误差。 • 减小量化误差的方法是增加比较次数，即增加 逐次比较式A/D变换器的位数。 目前常见的集成逐次比较式A/D变换器有8位、 10位及12位等几种形式 。
第5章 电压的测量
数字电压表的工作原理
• 1．数字电压表的组成
被测信号
输入电路
A/D变换器
数字部分
计数器
显示器
• DVM的核心是A/D转换器。
模拟部分
逻辑控制 电路
图 数字电压表的组成框图
时钟信号 发生电路
第5章 电压的测量
2.逐次逼近比较式DVM的基本原理
（1）电路组成框图
基准电压Vref
模拟输入ux 模拟输入ux 模拟输入ux
“留码”，以“0”的形式记录“去
码”。
第5章 电压的测量
• 被测电压和可变基准电压的比较过程是从最高位开始，当逐次逼近寄存器 输出的编码从大到小变化时，D/A变换器也随之输出从大到小的基准电压， 根据比较结果逐次减小寄存器的数值，使输出的基准电压与被测电压逼近 直至相等。最后逐次逼近寄存器输出的二进制编码对应于Ux的大小，以并 行的形式送至译码器、显示器来显示被测结果。
简易数字电压表设计样本
摘要依照8051单片机内部构造特点本文提出以MCS-51单片机为核心电压测量系统。
该系统以8051和ADC0809核心内件，可以在单片机控制下监测八路输入电压值，用8位串行A/D转换器进行0-5V量程自动转换，并且测量电压值可通过三位数码管显示同步用一位数码管显示选取通道。
整个系统设计过程中重要采用了模块化设计办法，完毕了硬件电路设计及软件程序编写，还详细给出了有关硬件框图和软件流程图，通过最后硬件电路调试，使该系统可以在规定条件下达到正常测量及显示功能。
单片机8051是整个系统核心，实现输入端分路选取，模数转换后数据解决及在数码管上数据显示等功能。
正文着重给出了软硬件系统各某些电路，简介了该系统工作原理，MCS-51单片机特点，8051功能和应用，ADC0809功能和应用等。
核心词：MCS-51单片机；8051 ；ADC0809；数码管目录1总体设计 ......................................................... 错误!未定义书签。
2硬件设计及其工作原理 ................................. 错误!未定义书签。
2.1数字电压表重要器件............................. 错误!未定义书签。
2.1.1 单片机AT89C51 ............................... 错误!未定义书签。
2.1.2 芯片ADC0808 .................................. 错误!未定义书签。
2.2数字电压表电路设计 .............................. 错误!未定义书签。
2.2.1解决器电路......................................... 错误!未定义书签。
2.2.2 A/D转换电路..................................... 错误!未定义书签。
一种简易数字电压表的设计与制作
一种简易数字电压表的设计与制作
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，而电压的测量最为常见，现在学生使用的数字万用表能够测量多种电量，并且具有一定的精度，使用方便。
为了让学生更好地了解数字电压表的工作原理，从而激发他们对单片机课程的学习兴趣，本文从软硬件设计、proteus仿真、制作实物、误差分析几个方面着手，阐述数字电压表的工作原理、数据的程序处理方法、数字信号软件滤波原理。
2.硬件设计
硬件电路设计由4个部分组成：a/d转换电路，at89c51单片机系统，led显示系统、测量电压输入电路。
硬件电路设计框图如图1所示。
其总设计框图如下：。
简易数字电压表
1.绪论数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，作为智能仪表的一种，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，还可与PC进行实时通信。
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。
举例：图1 CAKJ系列数字电流-电压-功率-因数-频率表如图1是一个CAKJ系列数字电流-电压-功率-因数-频率表1）适用范围该系列产品是一种高精度的安装式仪表，它可广泛用于电力系统和自动化控制系统中对单相三相电量参数（交直流电流-电压-功率-因数-频率）的测量和显示。
采用大规模集成电路，具有转换精度高、响应速度快、性能稳定等特点，可直接替代指针式仪表。
2）通用技术参数* 精度等级：数显0.2、0.5级光柱1.5级* 数显范围：四位半显示0－1 9 9 9 9* 光柱指示：0－120%* 标称输入：电流1A、5A；电压100V、220V、380V 、450V* 过量程：持续：1.2倍，瞬时：电流10倍/5秒，电压2倍/1秒本次设计是以单片机AT89S51芯片为核心，设计了一个简易的电压检测电路，它由5V直流电源供电。
在硬件方面，通过一个可变电阻调节输入电压的变化来反映所检测到的电压变化。
此变化的电压通过ADC0809的一个通道（IN0）送入并进行A/D转换，将转换后的数字量在单片机AT89S51中进行处理，再转换成相应的实际电压值，最后通过四位LED数码管显示，精确到十分位，LED 采用的是动态扫描显示，使用74HC02P芯片进行驱动。
软件方面采用汇编语言编程。
使得整个系统完成一个简易的数字电压表的功能。
2.电压表设计目的及要求2.1 设计目的通过简易数字电压表的设计过程，结合在校所学课程，掌握目前电子仪表的一般设计过程，锻炼动手能力和分析、解决问题的能力，积累经验，培养自己以后能在工作中按部就班、一丝不苟以及对所学知识的综合应用能力。