数字电压表设计与实现

数字电压表电路设计摘要：在电气测量中，电压是一个很重要的参数。

如何准确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的主要内容之一。

目前，市场上主要是要使用的电压表有指针式电压表和数字电压表两种。

传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候也非常不方便，很容易出错，不能满足数字化时代的需求。

而数字电压表由于测量精度高，速度快，读数时也非常的方便，抗干扰能力强等优点而被广泛应用。

数字电压表简称DVM（Digital Voltmeter），它是采用数字化测量设计的电压仪表。

本设计给出基于MC14433双积分模数转换器的一种电压测量电路，数字电压表是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转化成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。

该系统由MC14433一位半A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、MC4543BCD七段锁存-译码-驱动器、基准电源MC1403、和共阳极LED发光数码管组成。

本次设计的简单直流数字电压表的最高量程是199.9V。

本文是以直流数字电压表的设计为研究内容。

首先对数字电压表做了详细介绍，接着讲述了数字电压表的硬件电路设计。

包括量程转换电路、数据采集电路，模数转换电路及显示电路的具体设计。

根据设计要求选用高精度A/D转换器MC14433进行数据转换，针对MC14433对模拟输入信号的要求，对输入信号进行量程转换并进行调理。

通过A/D转换器完成数据转换及传输，是系统的核心内容。

阐述了MC14433工作原理并对A/D 转换电路、参考电压电路、译码驱动电路、位选开关电路等电路进行了具体设计。

最后根据软硬件设计方案对系统进行了调试。

关键词:MC14433、A/D转换器、CD4511、译码驱动器、MC1413The Design of Digital VoltmeterAbstract：At the electric measurement, the voltage is a very important parameters. How to accurately measure of the analog signal voltage values, has been one of the main contents of the instrument research in electrical measurement. At present, the market mainly use pointer type voltmeter and digital voltmeter . Traditional analog pointer type voltmeter single function, low accuracy, reading time also very inconvenient, very easy to go wrong, and cannot satisfy the demand of digital age. While digital voltmeter due to high accuracy, speed, readings are also very convenient, strong anti-jamming capability etc and has been widely used.Digital Voltmeter DVM (as), it is a kind of digital measuring design voltage meter .This design is a voltage measurement circuit based on MC14433 double integral ADC, digital voltmeter is using digital measurement technique, convert the continuous analogue (DC input voltage) into discontinuous, discrete digital form and show it out. This system consists of MC14433 one and a half A/D converter, MC1413 seven- way-DaLin bolton drive arrays, seven segment latch - decoding - drive CD4511, the benchmark MC1403, and total power LED digital tube anode. 199.9 V is highest range of the simple DC digital voltmeter.This paper is the design of DC digital voltmeter for research content. First digital voltmeter is introduced, then tells the hardware circuit design of digital voltmeter. Including range conversion circuit, data acquisition circuit, frequency-field circuit and the specific design show circuit. According to the design requirements ,choosing high precision MC14433 A/D converter for data transfer, at the request of MC14433 on to the analog input signal, range conversion and regulate it. Through the A/D converter complete data conversion and transmission, it is the core of the system’s content. It expounds the principle of MC14433 ,and specificly design the A/D circuit, reference voltage circuit, drive circuit, A decoding selected switch circuit. Finally, debug the system according to the design of the hardware and software .Keywords:MC14433, A/D converter, CD4511, decode drives, MC1413目录1.绪论 (1)1.1．数字仪表的发展趋势 (1)1.2.数字电压表的特点 (3)1.3.数字电压表的结构 (4)2.设计方案 (5)2.1.设计内容及要求 (5)2.2.数字电压表的两种设计方案 (5)3.设计思路 (5)4.设计实践 (11)4.1.绘制原理图 (11)4.2.绘制PCB图 (11)4.3.焊接与调试 (12)5.总结 (13)6.收获、体会 (14)参考文献 (15)致谢 (15)附录1 (16)附录2 (17)附录3 (17)附录4 (18)1.绪论1.1．数字仪表的发展趋势仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。

江阴职业技术学院项目设计报告项目：简易数字电压表设计与制作专业应用电子技术专业学生姓名仲伟鑫班级12应用电子(1)班学号12030108指导教师包军卫、井新宇完成日期2014年5月11日在日常维修、教学和科研中，电压表是不可缺少的。

本课题目的就是以单片机为基础设计出一种结构简单、工作可靠、灵活性好的数字电压表。

本文首先介绍了数字电压表的发展现状及课题的目的和意义。

然后，对基于单片机的数字电压表的硬件系统、软件系统的设计原理及具体实现方案作以详细介绍，其中，在硬件部分，较为详细的讨论了硬件的选择、设计原理、使用方法和功能，同时，对各部分接口电路作以介绍；在软件部分，介绍了软件所使用的编程语言和编程思路。

最后，对电路调试、印刷PCB板的制作及系统的抗干扰设计作了进一步分析和总结。

本文设计的数字电压表，其硬件电路所用元件较少、成本低、调节简单；软件采用C语言编程，其灵活性高，可读性强。

经过理论研究、原理设计和整机调试，实验结果表明，该方案可行。

关键词：单片机；电压表； A/D转换器；串行总线摘要 (1)目录 (2)第一章应用场合 (3)1.1 应用范围 (3)第二章功能描述与性能指标 (5)2.1 功能描述 (5)2.2 性能指标 (5)第三章方案设计与选择 (6)3.1 方案设计 (6)3.2 系统框图 (6)第四章关键器件与系统资源分配结论 (7)4.1关键器件 (7)4.2系统资源分配 (7)第五章硬件设计 (8)5.1 硬件模块设计 (8)5.2 主控模块AT89C52单片机 (8)5.3 转换模块ADC0832 (10)5.4 转换模块与主控模块连接 (11)5.5显示模块 (12)5.6Proteus器件连接 (12)第六章软件设计 (13)6.1 软件模块设计 (13)6.2 主程序设计图 (14)6.3 软件模块设计初始化 (14)6.4 软件模块A/D转换电路 (15)6.4 显示模块流程图设计 (16)第7章系统调试 (17)7.1 调试方法和工具 (17)7.2 软件调试 (17)7.3 硬件调试 (17)第8章课程展望 (18)8.1 课程展望 (18)附录（程序） (19)AD0832程序 (20)第一章应用场合1.1 应用范围本设计的简易数字电压表主要应用于学生实验室、小型仪器测量和小范围电压值的测量。

数字电压表的设计方案1. 引言数字电压表（Digital Voltmeter，简称DVM）是一种能够直接显示电压值的测量仪器。

它与传统的模拟电压表相比，具有精确度高、稳定性好、便于读取等优势。

本文将介绍一种基于集成电路的数字电压表的设计方案。

2. 设计原理数字电压表的设计基于模数转换技术，通过将输入的模拟电压信号转换为数字形式，并经过一系列处理后显示在数码管上。

通常的设计流程包括采样、量化、编码和显示四个步骤。

2.1 采样采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

在数字电压表中，采样过程通过使用一个模拟-数字转换器（ADC）来完成。

常见的ADC电路有逐次逼近型和闩锁型等，根据需求选择合适的ADC器件。

2.2 量化量化是将采样得到的模拟信号分为若干个不同电平的过程。

量化过程中，转换器将模拟信号映射到一个有限数量的离散值，通常为二进制数。

量化级别的选择会影响数字电压表的精度和分辨率。

2.3 编码编码是将量化后的模拟信号转换为与数码管对应的数字形式的过程。

常用的编码方式有二进制编码、格雷码等。

编码器可以是硬件电路，也可以是通过程序实现的软件算法。

2.4 显示显示是将编码后的数字信号以可读的形式呈现出来的过程。

在数字电压表中，常用的显示器件是七段数码管。

数码管的控制可以通过驱动电路来实现，同时需要考虑亮度控制和多位数显示的问题。

3. 系统组成数字电压表的系统组成主要包括模拟前端、模数转换、显示部分等。

3.1 模拟前端模拟前端是将待测电压信号处理成可以输入到模数转换器的范围内。

模拟前端通常包括电阻分压器、跨导放大器、滤波器等模块，其目的是将输入信号的幅度范围缩放到ADC的输入电压范围内。

3.2 模数转换模数转换是将模拟电压信号转换为数字信号的过程。

在数字电压表中，常用的模数转换器有逐次逼近型和闩锁型。

模数转换器的选择要考虑精度、速度、功耗等因素。

3.3 显示部分显示部分是将数字信号以可读的形式显示出来。

摘要--------------------------------------------------------2 1.数字电压表的简介------------------------------------------31.1数字电压表的发展--------------------------------------31.2数字电压表的分类--------------------------------------42.设计的目的------------------------------------------------53.设计的内容及要求------------------------------------------54.数字电压表的基本原理--------------------------------------54.1数字电压表各模块的工作原理----------------------------54.2数字电压表各模块的功能--------------------------------54.3数字电压表的工作过程----------------------------------65.实验器材--------------------------------------------------76.电路设计实施方案------------------------------------------76.1.实验步骤---------------------------------------------76.2各个模块设计------------------------------------------86.2.1 基准电压模块-----------------------------------86.2.2 3 1/2位A/D电路模块---------------------------106.2.3 字形译码驱动电路模块--------------------------126.2.4 显示电路模块----------------------------------136.2.5 字位驱动电路模块------------------------------167.总结-----------------------------------------------------17 参考文件---------------------------------------------------18 附录-------------------------------------------------------19本文介绍了一种简易数字电压表的设计。

数字电压表的设计摘要数字电压表的设计主要由五大部分组成：A/D转换器，MC1413七路达林顿驱动器，CD4511BCD七段锁存-译码-驱动器，基准电源MC1403和共阴极LED发光数码管组成。

其直流电压测量范围应在0—1.999V，0—19.99V，0—199.9V 和0—1999V。

关键词三位半A/D转换器基准电源七段锁存1 引言电综合设计实验正是为了适应这一变化而针对学生开设的一门实验课程。

该课程以特定的设计任务为例,前期进行设计方案的比较与论证,以期提高学生的系统设计能力,建立系统优化概念。

中后期通过多种技术的综合运用及软硬件结合的设计与调试实现任务要求。

同时随着科学技术的发展，新的电子产品几技术的不断更新。

数字化时代的到来，我们每一个家庭都会有许许多多的电器，如何进行简便的维修，如何给电器测体温，这便给生产数字电压表的厂家以极大的商机。

2 设计要求与分析2.1 设计一个三位半数字电压表2.2 直流电压测量范围0—1999V 自动转档2.3 采用DC—9V电源2.4 测量误差≤3% 利用数字显示3 电路设计工作原理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系统。

该电压表可由MC14433—3位半A/D转换器、C1413七路达林顿驱动器数组、D4511BCD七段锁存-译码-驱动器、准电源MC1413和共阴极LED发光数码管组成，电路图如（1）所示。

3位半是指进制数0000～9999，所谓3位是指个位、十位、百位，其数字范围均为0~9。

而半位是指千位，它不能由0变化到9，而只能由0变1，即二值状态，故称为半位。

3.1 电路各部分功能MC14433——3位半A/D转换器：将输入的模拟信号转换成数字信号。

MC1403基准电源：提供精密电压，供A/D转换器作参考电压。

CD45511译码——驱动器：将二——十进制BCD转换成七段信号，驱动显示器的a,b,c,d,e,f,g七个发光段，推动发光管进行显示。

哈尔滨工业大学毕业设计（论文）摘要电压表已有100多年的发展历史,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,显示出强大的生命力,现已成为在电子测量领域中应用最广泛的一种仪器.数字电压表可以显示清晰,直观,读数准确,准确度高,分辨力高,测量范围广,扩展能力强.测量速度快,输入阻抗高,集成度高,微功耗和抗干扰能力强等有点独占电压表产品的鳌头.自动档位转换型电压表是一种较新的产品,它是将输入的电压信号进行比较,分析及确定信号所要走的档位,从而实现智能化,来简化操作.本设计是针对档位自动转换直流数字电压表的原理,参数进行分析,设计.并对此设计加以计算,分析,准确度较高.关键词比较A/D转换隔离基准电压I哈尔滨工业大学毕业设计（论文）AbstractThe voltmeter has already had developing history of more than 100 years. Though update and perfect,still unable to meet the demands of modern electronic measurement. Since coming out in 1952,it demonstrates strong vitalty become already now digital voltmeters.Digital voltmeter by their show it is clear, Directly perceived through the senses,Readings accurate,Degrees of accuracy high,Resolving powershigh.Measured ranges wide,Expand strong ability measuring speed finish inputting impedance high,integrated level high,little consumptions whether strong sbility anti-interference merit monopolize voltmeter the fin hairs of product,fast.Volmeter still a door of new developing products automatic shelf type who changes locations,it that voltage signal that input go on and compare,analyze.thus it is intelligent to realize,to simplify operating.It is to analyze,designs to the shelf location automatic principle,parameter of changing the digital voltmeter of direct current to originally design.And calculate,an anyalysis to this design,the degree of accyracy is relatively high.Key word comparison A/D conversions separationreference voltageII哈尔滨工业大学毕业设计（论文）目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 数字电压表的主要特点 (1)1.3 数字电压表发展的新趋向 (3)第2章自动换档直流数字电压表的基本结构 (4)2.1数字部分 (4)2.1.1 数字电压表的数字部分组成框图及结构 (4)2.1.2 数字电压表数字部分的各部分介绍 (5)2.2模拟部分 (7)2.2.1 数字电压表的模拟部分组成框图及结构 (7)2.2.2 数字电压表模拟部分的各部分介绍 (7)2.3自动换档直流数字电压表的总体结构 (11)第3章自动换档直流数字电压的电路原理 (12)3.1 自动换档直流数字电压表的数字部分 (12)3.1.1 数字部分电路的分析 (12)3.1.2 数字部分电路的参数 (14)3.2 自动换档直流数字电压表的自动控制电路 (14)3.3 自动换档直流数字电压表的分压电路 (15)3.4 自动换档直流数字电压表的整机原理 (16)第4章自动换档直流数字电压表的整机调试 (17)结论 (18)致谢 (19)参考文献 (20)附录1 自动转换量程数字电压表整机电路图 (21)III哈尔滨工业大学毕业设计（论文）附录2 实物图 (22)附录3 元件清单 (23)IV哈尔滨工业大学毕业设计（论文）第1章绪论1.1 课题背景随着人类生活中科技含量的增长，电子类产品已成为现代人类物质生活中不可缺少的一部分。

基于单片机的数字电压表设计在当今的电子世界里，电压的准确测量已成为各种电路设计和应用的关键部分。

为了满足这一需求，数字电压表应运而生。

本文将详细阐述如何利用单片机设计数字电压表。

在了解数字电压表之前，我们首先需要理解什么是单片机。

单片机是一种微型计算机芯片，它集成了CPU、内存、I/O接口等必要组件，具有体积小、功耗低、价格实惠等优点。

因此，利用单片机来设计数字电压表是十分理想的选择。

数字电压表是一种能够将模拟电压信号转换为数字信号并加以处理的仪器。

它的优点包括测量准确、分辨率高、稳定性好等。

数字电压表的种类繁多，根据应用场景的不同，可以选择不同的设计方案。

在进行数字电压表设计时，我们需要以下几个方面：电压传感器的选择：根据实际应用场景选择合适的电压传感器，例如电压互感器、霍尔电压传感器等。

A/D转换器的选择：A/D转换器是将模拟信号转换为数字信号的关键部件。

在选择时，我们需要考虑其分辨率、转换速率、功耗等参数。

单片机的选择：根据项目需求选择合适的单片机型号，确保其具有足够的资源来处理数字信号。

人机界面的设计：为了便于用户操作和观察，我们还需要设计一个简单易用的人机界面。

在具体实施时，我们需要将电压传感器与A/D转换器连接，并将A/D 转换器的输出端连接到单片机的I/O端口。

然后，我们可以通过编写单片机程序，实现对数字信号的处理、存储和显示。

数字电压表在各种电路设计中都有着广泛的应用，例如电源电路、电机控制电路、模拟电路等。

通过数字电压表，我们可以轻松地监测电路中的电压波动，以便及时进行调整和故障排查。

数字电压表还可以用于科研、教育、生产等领域，为人们提供准确可靠的电压测量数据。

基于单片机的数字电压表设计是一项实用且具有挑战性的任务。

通过掌握数字电压表的基本原理和单片机的应用方法，我们可以实现准确、稳定的电压测量，从而为各种电路设计和应用提供有力的支持。

在未来的电子世界中，数字电压表将继续发挥其重要作用，推动电路技术的发展和创新。

学号：课程设计题目学院专业班级姓名指导教师年月日课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 直流数字电压表的设计仿真与制作初始条件：利用集成3位半或4位半的A/D转换器及显示译码驱动电路设计实现直流数字电压表的基本功能（也可以利用FPGA或单片机系统设计实现）。

要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对数控电压源的设计、仿真、装配与调试。

2、技术要求：输入电压介于+—2v之间。

①用电阻、电位器构成一个简单的输入电压Vx调节电路；②用3位半MC14433/CD14433或4位半ICL7135ADC实现A/D转换；③设计4个或5个数码管的动态显示驱动电路实现测量电压的显示；④确定设计方案，按功能模块的划分分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。

3、查阅至少5篇参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书，全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：1)第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。

2)第3-4天，方案选择和电路设计仿真。

3)第4-5天，电路调试和设计说明书撰写。

4)第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录课程设计任务书....................................................................................................... - 2 -1 Proteus软件简介................................................................................................... - 4 -2方案论证和确定.................................................................................................... - 6 -2.1 设计目标................................................................................................... - 6 -2.2 方案论证................................................................................................... - 6 -2.3 总体设计 .................................................................................................. - 8 -3 硬件系统的设计................................................................................................... - 9 -3.1 硬件系统设计原则................................................................................... - 9 -3.2 A/D转换电路........................................................................................... - 9 -3.2.1 双积分A/D转换器的工作原理.................................................... - 9 -3.2.2 ICL7135芯片介绍 ....................................................................... - 10 -3.3 电压反向电路.................................................................................. - 16 -3.4 数码显示模块电路................................................................................... - 18 -3.5 输入电路................................................................................................. - 20 -4 系统的软件设计................................................................................................. - 21 -4.1 应用软件设计原则................................................................................. - 21 -4.2 系统主程序设计..................................................................................... - 21 -5 制作与调试......................................................................................................... - 25 -5.1 调试........................................................................................................... - 25 -5.1.1 软件调试......................................................................................... - 25 -5.1.2 硬件调试....................................................................................... - 25 -8 原件清单............................................................................................................. - 28 -9参考文献.............................................................................................................. - 29 -1 Proteus软件简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。

摘要数字电压表的设计是以AT89C51单片机为中央控制单元，通过ADC0809转换芯片与LCD1602液晶显示器等扩展模块，实现了精确测量直流电压并通过数字的方式显示的功能。

该设计主要实现了直流电压的测量，单片机通过ADC0809转换芯片获取需测量的电压并转换为数字信号，而LCD1602液晶显示器则是将单片机处理后的电压值在显示屏上显示出来，而且该电压表还可以通过手动来调节测量电压的量程。

而软件则通过C语言编程，将所有模块结合在一起完成数字电压表。

经过测试，各模块的功能均能正常实现，同时该电压表还具有操作简单，反应灵敏和测量精确等优点。

关键词：单片机；电压表； A/D转换器AbstractThe digital voltmeter is designed with an AT89C51 single-chip as its central control unit. By use of the ADC0809 converter chip and LCD 1602 display device. we can reali ze the function of accurate measurement of DC voltage.The design mainly realized DC voltage measurement.with the help of ADC0809,the microcontroller can obtain the volt age that we want to measure,and then convert it to the digital signal. The function of LC D1602 is display the result of the voltage.Moreover,you can adjust this voltmeter manua lly.The software is programmed by C language.All the modules are combined to realize the function of the digital voltmeter.After testing ,each module of the voltmeter is norm al.Besides ,the advantages of this voltmeter can be various.Such as the simple operation ,accurate measurement,and very sensitive response.Keywords: Micro Controller Unit；voltage meter；A/D Converters目录摘要 (I)Abstract ..................................................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1 课题概述 (1)1.1.1 数字电压表的发展历程 (1)1.1.2 国内外的发展现状与趋势 (1)1.2 课题的意义和目的 (3)1.3 本文所作的主要工作 (3)2 数字电压表的总体设计 (4)2.1 设计指标 (4)2.2 系统概述 (4)2.2.1 设计方案 (4)2.2.2 工作过程简介 (5)2.2.3 软件程序设计简介 (5)2.3 小结 (5)3 数字电压表的硬件设计 (6)3.1 A/D转换电路 (6)3.1.1 A/D转换芯片的选择 (6)3.1.2 ADC0809转换原理介绍 (6)3.1.3 ADC0809芯片介绍 (7)3.1.4 ADC0809与单片机的接口方法 (8)3.2 单片机介绍 (8)3.2.1 单片机介绍 (8)3.2.2 采用AT89C51的原因 (9)3.2.3 AT89C51芯片主要性能参数 (9)3.2.4 功能介绍 (9)3.2.5 芯片管脚介绍及分配 (10)3.3 电压显示器件 (11)3.3.1 1602LCD的基本参数及引脚功能 (12)3.3.2 LCD1602与AT89C51单片机之间的连接 (14)3.4 小结 (14)4 单片机最小系统的介绍 (15)4.1 复位电路 (15)4.1.1复位电路的用途 (15)4.1.2复位电路的工作原理 (15)4.2 晶振电路 (16)4.3 P0口的上拉电阻 (17)4.4 31脚EA/Vpp接电源 (17)5 数字电压表的软件设计 (18)5.1 软件系统整体设计 (18)5.1.1 C51简介 (18)5.1.2 程序流程图 (18)5.1.3 数据采集模块的设计 (19)5.1.4 数据处理模块的设计 (20)5.3 小结 (20)6 数字电压表的抗干扰设计 (21)6.1 硬件系统的可靠性与抗干扰设计 (21)6.1.1 供电系统抗干扰措施 (21)6.1.2 接地 (21)6.1.3 传输通道的抗干扰措施 (22)6.2 软件系统的可靠性与抗干扰设计 (22)6.3 小结 (23)7 电路制作及调试 (24)7.1 器件的选择 (24)7.2 电源电路的设计 (24)7.3 换量程电路的设计 (24)7.4 焊接 (25)7.4 系统调试及结果分析 (26)8 结论 (27)8.1 主要结论 (27)8.2 进一步工作及展望 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录A (30)1 绪论1.1 课题概述1.1.1 数字电压表的发展历程数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术设计的电压表。

第1章四路简易数字电压表概述数字电压表简称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。

数字电压表自从一九五二年问世以来，随着电子技术的飞跃发展，特别是目前，作为测量仪表、模拟指示仪表的数字化以及自动测量的系统，而得到了很大的发展。

数字电压表是从电位差计的自动化这种想法研制出来的，因此即便是最初的数字电压表，其精度也要比模拟仪表高，而其成本比电位差计也高。

以后，DVM的发展就着眼在高精度和低成本两个方面。

单片机可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是单片机最大的特征。

单片机控制系统能够取代复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，也可以用软件控制来实现，并能够实现智能化。

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常见。

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。

本设计数字电压表是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。

通常数字电压表都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。

其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。

本系统以单片机89C51为系统的控制核心，结合A/D转换芯片ADC0809设计一个数字电压表，能够测量0-5V之间的直流电压值，通过四位数码显示。

读数据准确，测量方便。

第2章课程设计方案论证2.1 系统组成总体结构为完成上述系统功能，选择和设计时钟电路、复位电路、LED显示电路、A/D转换电路及测量电压输入电路组成四路简易数字电压表系统，其系统组成框图如图2.1所示。

图2.1 系统总体框图2.2 系统各部分功能电路的作用1．时钟电路：用于产生单片机工作所需的时钟信号。

数字电压表的设计与制作摘要设计了以 ICL7107 为核心的数字电压表，实现对 0~1000V 电压的测量。

采用 四位数码管显示，具有显示亮度高，读数方便等特点。

本系统设计了自动切换量 程功能，能实现 0~200mV，0~2V，0~20V，0~200V，0~1000V，共 5 个量程电压 值的测量。

关键词：ICL7107，电压表，多量程AbstractICL7107 as the core digital voltmeter, 0 ~ 1000V voltage measurement. Four digital display and high brightness display, easy reading. System design automatically switch range features can achieve 0 ~ 200mV, 0 ~ 2V, 0 ~ 20V, 0 ~ 200V 0 ~ 1000V, 5 scale voltage value measurement. Keyword：ICL7107 , voltmeter, multi-range1 方案设计与论证1.1 方案设计本文设计的电压表是一个三位半直流电压测量数字式电压表，采用 ICL7107 集成芯片，该芯片集成了 A/D 转换及锁存和译码模块，使得电路具有设计简单， 集成度及可靠性高的特点。

本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、A/D 转 换及译码锁存、显示、超欠量程识别和量程切换及小数点驱动 6 部分。

1.2 双积分测量原理双积分型 A/D 转换器 ICL7107 是一种间接 A/D 转换器。

它通过对输入模拟 电压和参考电压分别进行两次积分， 将输入电压平均值变换成与之成正比的时间 间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。

它的原理性框图如图 1 所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和 时钟信号源。

基于单片机的数字电压表设计在当今的电子世界中，电压表是一种必不可少的测量工具。

随着技术的进步，数字电压表因其精度高、易于读取、稳定性好等优点逐渐取代了传统的模拟电压表。

本文将探讨如何基于单片机设计数字电压表。

一、硬件设计1、1传感器模块传感器模块是数字电压表的重要组成部分，负责将输入的模拟电压转化为可被单片机处理的数字信号。

通常，我们使用ADC（模数转换器）来实现这一功能。

ADC的精度直接决定了电压表的测量精度。

1、2单片机模块单片机是数字电压表的“大脑”，负责控制整个系统的运行。

我们选择具有较高性能和可靠性的单片机，如Arduino、STM32等。

这些单片机都具有丰富的外设接口，便于实现复杂的控制逻辑。

1、3显示模块显示模块负责将单片机的处理结果呈现给用户。

常用的显示模块包括LED数码管、LCD液晶屏等。

选择适合的显示模块，可以大大提升电压表的易用性。

二、软件设计2、1数据采集与处理软件首先通过ADC从传感器模块读取模拟电压，然后对其进行处理，得到实际的电压值。

这一步的关键在于选择合适的ADC算法和设置合适的参考电压。

2、2数据输出与存储处理后的电压值需要被输出并存储起来。

通常，我们使用LCD液晶屏将电压值实时显示出来，同时也可以通过串口将数据传输到计算机或云端进行存储和分析。

三、精度与稳定性优化3、1硬件校准为了提高电压表的测量精度，我们可以在生产过程中对每一块电压表进行硬件校准。

通过调整ADC的参考电压或者在软件中进行校准算法的优化，可以有效提高电压表的测量精度。

3、2软件滤波在实际应用中，由于各种噪声和干扰的存在，电压表的读数可能会出现波动。

我们可以通过软件滤波算法，如平均滤波、卡尔曼滤波等，来减小这些干扰对测量结果的影响。

四、应用与扩展基于单片机的数字电压表不仅可以在实验室或工业现场使用，还可以扩展出更多的应用场景。

例如，通过加入无线通信模块，我们可以实现远程监控；通过加入更多的传感器，我们可以实现多通道的电压测量；通过与计算机或云端进行数据交互，我们可以实现大数据分析和预测。

简易数字电压表目录摘要及关键词 (2)一、实现方案 (3)1.硬件选择方案 (4)2.程序设计 (12)二、系统的测试与结果 (17)三、调试过程及问题解决方法 (18)四、课题设计的收获及心得 (18)参考文献 (18)摘要：本课题实验主要采用AT89S51芯片和ADC0809芯片来完成一个简易的数字电压表，能够对输入的0～5 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.02 V。

该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。

A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。

数据处理则由芯片AT89S51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着ADC0809芯片的工作。

显示模块主要由7段数码管及相应的驱动芯片(74HC245)组成，显示测量到的电压值。

关键词：简易数字电压表、ADC0809、AT89S51。

实现方案：本实验采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电压表，原理电路如图1-1所示。

该电路通过ADC0809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AT89S51芯片的P0口。

AT89S51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口经驱动芯片74HC245驱动，再传送给数码管。

同时它还通过其三位I/O口P3.0、P3.1、P3.2产生位选信号，控制数码管的亮灭。

另外，AT89S51还控制着ADC0809的工作。

其ALE管脚为ADC0809提供了1MHz工作的时钟脉冲；P2.3控制ADC0809的地址锁存端(ALE)；P2.4控制ADC0809的启动端(START)；P2.5控制ADC0809的输出允许端(OE)；P3.7控制ADC0809的转换结束信号(EOC)。

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AT89C52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，将显示每一通道的A ／D 转换值，每个通道的数据显示时间为1s 左右。

主程序在调用显示子程序和测试子程序之间循环，主程序流程图见图1-3。

（3）显示子程序 显示子程序采用动态扫描法实现四位数码管的数值显示。