简易数字电压表的设计与制作

基于单片机的数字电压表设计一、引言在电子测量领域中，电压表是一种常用的测量仪器，用于测量电路中的电压值。

传统的模拟电压表由于精度低、读数不便等缺点，逐渐被数字电压表所取代。

数字电压表具有精度高、读数直观、抗干扰能力强等优点，广泛应用于工业自动化、电子设备检测、实验室测量等领域。

本文将介绍一种基于单片机的数字电压表设计方案，详细阐述其硬件电路设计、软件编程实现以及系统性能测试。

二、系统总体设计方案（一）设计要求设计一款基于单片机的数字电压表，能够测量 0 5V 的直流电压，测量精度为 001V，具有实时显示测量结果的功能。

（二）系统组成本数字电压表系统主要由以下几个部分组成：1、传感器模块：用于将输入的电压信号转换为适合单片机处理的电信号。

2、单片机模块：作为系统的核心，负责对传感器采集到的数据进行处理和计算，并控制显示模块显示测量结果。

3、显示模块：用于实时显示测量的电压值。

三、硬件电路设计（一）传感器模块选用 ADC0809 作为模数转换芯片，它具有 8 个模拟输入通道，可以将 0 5V 的模拟电压转换为 8 位数字量输出。

（二）单片机模块选择 AT89C51 单片机作为控制核心，它具有 4K 字节的 Flash 程序存储器和 128 字节的随机存取数据存储器。

（三）显示模块采用液晶显示屏（LCD1602）作为显示器件，它能够清晰地显示数字和字符信息。

四、软件编程实现（一）编程语言选择使用 C 语言进行编程，C 语言具有语法简洁、可移植性强等优点。

（二）主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机端口初始化、LCD1602 初始化、ADC0809 初始化等。

然后启动 ADC0809 进行模数转换，读取转换结果并进行数据处理，计算出实际的电压值。

最后将电压值发送到 LCD1602 进行显示。

（三）模数转换子程序ADC0809 的转换过程通过控制其启动转换引脚（START）和读取转换结束引脚（EOC）来实现。

本科专业学生毕业设计（论文）题目：简易数字电压表设计系别：计算机工程系专业：电子信息工程年级： 2010级学号：姓名：指导教师：摘要数字电压表简称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，其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。

本次设计的作品由于用到的模数转换芯片是ADC0832，设计系统给的供电电压为+5伏，能够测量电压范围为0到5伏之间，满足设计要求。

同时设计的精度为小数点后两位，满足要求的两位小数的精度，在不考虑AD芯片的量化误差的前提下，此次设计的精度能够满足一般测量的要求。

关键词：数字电压表；信号；AD转换；测量AbstractDVM is short for digital display voltmeter，the fundamental of DVM is converting The input analog voltage signal into digital signals,and then show the solution.The function of A/D converter is to convert the continuous change of analog signals into discrete digital signals. It comes in several parts-sampling，maintaining，quantization and coding.So the AD conversion is the core element of the design.The Input analog will be transformed by AD converter then driven by the drive display output, then get the digital voltage measurement This design work requirement for making digital voltage meter range of 0 to 5 v, due to the use of modulus conversion chip is ADC0832, The voltage of power supplied by design system is+ 5 v,At the same time, It can measure the voltage at the range of 0 to 5 v, and meet the design requirements.the precision of the design to two decimal places, meet the requirements of the precision of the two decimal places, without considering the AD chip under the premise of quantization error, the accuracy of the design can meet the requirements of general measure.Key words: DVM signals A/D converter measurement.目录第一章引言 (1)1.1 课题设计的背景及概述 (1)1.2 课题设计方案的选择 (1)1.2.1由数字电路及芯片构建 (2)1.2.2由单片机系统及A/D转换芯片构建 (2)第二章系统方案设计与论证 (3)2.1设计目标 (3)2.1.1基本功能 (3)2.1.2主要技术参数 (3)2.2设计思路与预期成果 (3)2.2.1设计思路 (3)2.2.2预期成果 (3)2.3设计方案 (4)2.4总设计框图 (4)第三章硬件设计与原理 (5)3.1电源的设计 (5)3.2单片机最小系统 (5)3.3 显示系统 (10)3.3.1 LCD1602的指令说明及时序 (11)3.3.2 LCD1602的RAM地址映射及标准字库表 (13)3.4模数转换 (14)第四章软件设计与程序 (16)4.1 软件的组成 (16)4.2 各部分软件分析 (16)4.2.1 初始化程序 (16)4.2.2 采样数据分离,显示子函数 (17)4.2.3 A/D转换子程序 (18)4.2.4 主函数 (19)第五章系统的调试 (20)5.1 软件调试 (20)5.2 显示结果及误差分析 (20)5.2.1 显示结果 (20)5.2.2 误差分析 (21)结论 (23)参考文献 (24)附录 (25)1.原件清单 (25)2.实物图 (26)3.原理图 (26)4.PCB板图 (27)5.源程序代码 (27)感谢 (32)第一章引言1.1 课题设计的背景及概述在电子测量中，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，更是需要经常测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。

《数字逻辑》课程设计报告题目简易数字电压表学院（部）信息工程学院专业计算机科学与技术班级学生姓名学号6 月18日至6 月21 日共 1 周指导教师（签字）前言关于数字式简易电压测试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路，分别是ADC0809的A/D转换电路、LM331V/F转换电路、555定时器的V/F转换电路。

在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即LM331压频转换法。

本方法的基本理论是LM331的输入电压幅值与输出脉冲的频率成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电压的一般测试与数字显示。

每学期的课程设计是综合检验我们所学知识的时候，在这期间我们需要将自己所学的知识进行综合，然后运用到我们所要完成的任务中。

此次课程设计我们完成的任务是制作简易数字电压表，我们在拿到这个题目时是没有一点思路的，在仔细研究和向老师请教后终于有了一点头绪，在小组两外两个成员杨羽丰和侯理想的共同努力下，我们初步实现了数字电压表的制作的方案制作，但是由于仿真软件中缺少我们所需元件的原因，我们的方案没能进行模拟仿真，这是此次课程设计的遗憾之处。

我们现在正在试图用另外的仿真软件进行此方案的仿真。

在本次课程设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此特别向数子电子技术老师表示由衷的感谢。

由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正！目录前言 (1)报告正文 (3)第一章：系统概述............................................................................错误!未定义书签。

1.1 设计目的 (4)1.2 数字电压表简介 (4)1.3方案分析 (4)1.4 V/F转换电路方案比较与论证 (4)1.4.1 采用ADC0809的A/D转换电路 (4)1.4.2 采用LM331V/F转换电路..................................................错误!未定义书签。

简易数字电压表电路的设计沈阳航空航天⼤学课程设计简易数字电压表电路的设计班级 / 学号学⽣姓名指导教师沈阳航空航天⼤学课程设计任务书课程名称电⼦技术综合课程设计院（系）⾃动化学院专业⾃动化班级 84070202 学号 2008040702054 姓名卢⼴龙课程设计题⽬简易数字电压表电路的设计课程设计时间: 2010 年 12 ⽉ 06 ⽇⾄ 2010 年 12 ⽉ 26 ⽇课程设计的内容及要求：⼀、设计说明设计⼀个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。

其参考原理框图如图1所⽰。

图1数字电压表的原理框图⼆、技术指标测量电压的技术指标如表所⽰。

测量项⽬量程准确度 (23±5℃)输⼊电阻分辨⼒最⼤允许电压DCV 2V ±（0.5%RDG +3字） 10M Ω1mV500V 20V 10mVACV(RMS) (40Hz~1kHz) 2V ±（1.0%RDG+3字） 10M Ω 1mV ±500V 20V 10mv三、设计要求1．在选择器件时，应考虑成本，要求采⽤LED 显⽰。

各量程的转换采⽤开关转换。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

分压电路输⼊保护及缓冲电路交、直流转换电路压频转换电路计数、译码显⽰电路ACACDCDC u x四、实验要求1．根据技术指标制定实验⽅案；验证所设计的电路。

2．进⾏实验数据处理和分析。

五、推荐参考资料1．沙占友、李学芝著.中外数字万⽤表电路原理与维修技术. [M]北京：⼈民邮电出版社，1993年2. 阎⽯. 数字电⼦技术基础. [M]北京：⾼等教育出版社，2006年3. 童诗⽩、华成英.模拟电⼦技术基础. [M]北京：⾼等教育出版社，2006年4. 戴伏⽣.基础电⼦电路设计与实践. [M]北京：国防⼯业出版社，2002年5. 谭博学主编.集成电路原理与应⽤. [M]北京：电⼦⼯业出版社，2003年六、按照要求撰写课程设计报告指导教师年⽉⽇负责教师年⽉⽇学⽣签字年⽉⽇成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：成绩指导教师签字：⽇期：⼀、概述数字电压表简称DVM ，它是采⽤数字化测量技术设计的电压表。

简易数字电压表设计姓名：李召学号：专业：电子工程系班级：指导教师：刘世平2011年06月19日摘要简易数字电压表主要采用单片机、ADC0809、8279、LED显示管完成，具有可以测量0-5V电压并在LED管4位显示的功能。

本数字电压表课程设计报告先介绍了总体硬件的设计，硬件部分有模数转换模块、数据处理模块、驱动显示和显示模块。

再对电压表使用到的芯片进行了介绍，然后给出了完整的简易数字电压表最小系统原理图。

最后再介绍了电压表软件的设计，给出了程序流程图和实现电压表功能的源程序。

关键词：ADC0809、模数转换、8279、LED显示管、CAD制图目录1 设计任务与要求 (1)2 硬件设计 (1)2.1总体设计 (1)2.2 芯片介绍 (2)2.2.1 80C320芯片介绍 (2)2.2.2 ADC0809芯片介绍 (4)2.2.3 8279芯片介绍 (6)2.3 器件清单 (7)3 电路原理图 (7)4 软件设计 (9)4.1 流程图 (9)4.2 程序设计 (9)4.2.1 数字量标度转换子程序的设计 (9)4.2.2 8279显示子程序 (10)4.3 源程序清单与注释 (10)5 小节 (13)参考文献 (14)1 设计任务与要求设计任务：设计一个用单片机控制的简易数字电压表。

要求：1. 电压表的测量范围为0—5V；2. 测量最小分辨率为0.0196V，测量误差约为0.02V；3. 1路输入电压；4. 4位LED或LCD显示；5. 结果按十进制显示;6. 原理图采用电子CAD绘制。

2 硬件设计2.1总体设计基于单片机控制的简易数字电压表的的基本原理将采样得到的模拟量电压通过模数转换转换成数字量，再将得到的数字量经过单片机数据处理将实际测得的电压以十进制形式显示在LED管上。

简易数字电压表硬件设计方框图如图1所示。

图 1 简易数字电压表硬件设计方框图A/D转换使用ADC0809芯片，作用是对模拟量电压采样转换成数字量电压。

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。

电子测量结课作业简易数字压表电指导教师：学院：专业班级：名：姓学号：电子测量结课作业——简易数字电压表摘要本文介绍了一种基于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转换主要由芯片ADC0832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AT89C52来完成，其负责把ADC0832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ADC0832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，并通过一个显示出来。

液晶屏LCD1602关键词: 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C52；ADC0832I电子测量结课作业——简易数字电压表目录1 数字电压表的简介 (1)1.1数字电压表简介 (1)1.2数字电压表的的背景与意义 (1)2 设计总体方案 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 设计思路 (3)2.3 设计方案 (3)3 硬件电路设计 (5)3.1 A/D转换模块 (5)3.2 单片机系统 (7)3.3 复位电路和时钟电路 (10)3.4 LCD显示系统设计 (11)3.5 总体电路设计 (13)4 程序设计 (14)4.1 程序设计总方案 (14)4.2 系统子程序设计 (14)5 仿真 (16)5.1软件调试 (16)5.2显示结果及误差分析 (16)5.2.1 显示结果 (16)5.2.2 误差分析 (18)结论..............................................................................................................................20参考文献........................................................................................................................21附录............................................................................................... 错误！未定义书签。

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。

单片机课程设计报告简易数字电压表一、设计任务与要求1.电压表的测量范围为0-5V;2.测量精度约为20mV。

二、方案设计与论证方案一：选择MC14433A/D转换器、CD4511等元器件设计电路：方案二：用单片机设计电路：设计采用STC89C52单片机、A/D转换器ADC0809和共阴数码管为主要硬件，分析了数字电压表Proteus软件仿真电路设计及编程方法。

将单片机应用于测量技术中，采用ADC0809将模拟信号转化为数字信号，用STC89C52实现数据的处理。

通过数码管以扫描的方式完成显示。

方案比较：方案1：3为半双积分式A/D转换器MC14433转换精度为读数的±0.05%±1字，并能很方便地判断出是否超欠量程，以便于量程的自动切换功能的实现，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。

缺点是工作速度低，且外围电路需配基准电源，短译码驱动器和位驱动器，电路较复杂。

方案2：设计电路简单。

易于控制，且性能稳定；单调试过程需要一定的编程基础，可利用Proteus软件仿真电路设计和调试。

Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。

它运行于Windows操作系统上，可以进行仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能强大，具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点，因此可用此软件方便调试电路。

经过以上两种方案的特点比较，方案二中的电路设计采用比较常见的元器件，对这种方案有一定的专业基础，故采用第二种方案。

三、单元电路设计与参数计算1 A/D转换模块1.1 ADC0809主要特性ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可以对8路0-5V输入模拟电压信号分时进行转换，由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。

【关键字】设计《数字逻辑》课程设计报告题目简易数字电压表学院（部）信息工程学院专业计算机科学与技术班级学生姓名学号6 月18日至6 月21 日共 1 周指导教师（签字）前言关于数字式简易电压尝试仪的设计，我们提出了三种设计方法和思路，分别是ADC0809的A/D 转换电路、LM331V/F转换电路、555定时器的V/F转换电路。

在具体操作中，经过对资料的收集、分析，研究与对比，最终选择了简单易懂，而且精度较高的方法，即LM331压频转换法。

本方法的基本理论是LM331的输入电压幅值与输出脉冲的频率成正比，再通过一系列的控制，计数，锁存，显示电路实现了对电压的一般尝试与数字显示。

每学期的课程设计是综合检验我们所学知识的时候，在这期间我们需要将自己所学的知识进行综合，然后运用到我们所要完成的任务中。

此次课程设计我们完成的任务是制作简易数字电压表，我们在拿到这个题目时是没有一点思路的，在仔细研究和向老师请教后终于有了一点头绪，在小组两外两个成员杨羽丰和侯理想的共同努力下，我们初步实现了数字电压表的制作的方案制作，但是由于仿真软件中缺少我们所需元件的原因，我们的方案没能进行模拟仿真，这是此次课程设计的遗憾之处。

我们现在正在试图用另外的仿真软件进行此方案的仿真。

在本次课程设计过程中得到了各方面的支持和帮助，在此特别向数子电子技术老师表示由衷的感谢。

由于设计时间和水平的限制，如有不足之处，敬请指正！目录1.4 V/F转换电路方案比较与论证 (4)66101011111113131313简易数字电压表摘要本文介绍了一种简易的数字式显示电压尝试仪的设计思路及硬件结构。

该测量仪的基本工作原理是：把电压量通过单稳态触发器转化成时间脉冲量，然后在这个时间脉冲内进行计数，再锁存计数值，最终通过数码显示译码器驱动数码管进行显示。

可由555集成定时器构成多谐振荡器产生计数脉冲和对单稳态进行触发，555构成的单稳态触发器电路来控制计数器清零与锁存器锁存，四片74LS160构成计数电路，四片74LS373N构成锁存电路，四片DCD_HEX数码管构成四位译码显示电路，通过计算与分析把各电路连接起来，最终实现对电压（0V—9.99V）的简易测量与数字显示。