一種高精度的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì)

李潔，汪紀(jì)鋒

（重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 重慶 401520）

一種高精度的數(shù)字式電壓表設(shè)計(jì)

李潔，汪紀(jì)鋒

（重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 重慶 401520）

針對傳統(tǒng)儀器儀表行業(yè)中的指針式電壓表功能單一、測量精度低等缺點(diǎn)，文章提出一種高精度數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，并完成了軟硬件的設(shè)計(jì)，可測量0-5V的8路輸入電壓值，并在LCD1602中輪流顯示或者選擇單路顯示。

數(shù)字電壓表A/D轉(zhuǎn)換器AT89C51高精度

1 引言

現(xiàn)今的電子科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，使得電子測量也越來越重要，準(zhǔn)確的測量值直接決定了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量是否過關(guān)、學(xué)術(shù)研究的結(jié)果是否成功，甚至它已經(jīng)與人們的生活和生產(chǎn)完全融合在一起。由于測量的電子化，人們對測量的精度，以及功能的要求也越來越高。在電子測量中，電壓測量是最普遍的測量[1]。

由于傳統(tǒng)的純硬件電路構(gòu)成的數(shù)字電壓表結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，測量的精度不高，價(jià)格不便宜，而且使用率很低，因此隨著時(shí)代的變革、工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，需要一種高精度的、擴(kuò)展性強(qiáng)、故障率低的數(shù)字電壓表[2]。

2 數(shù)字式電壓表的硬件結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換等器件的結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)，選擇AT89C51為核心控制器件，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，電壓顯示采用LCD1602液晶顯示，還需要按鍵、開關(guān)、電阻、電容、晶振、標(biāo)準(zhǔn)電源等器件。本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示[3]。

圖1 硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了八路通道，每個(gè)通道通過對端電壓為5V的可變電阻的電壓調(diào)節(jié)來模擬輸入電壓量的變化，從而達(dá)到測量電壓的目的。而且專門設(shè)計(jì)了按鍵模塊，對整個(gè)電路的循環(huán)顯示和單路顯示進(jìn)行控制。

2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊硬件設(shè)計(jì)

ADC0809芯片可以分時(shí)處理8路模擬量輸入信號(hào)，使用模擬開關(guān)切換，在某一時(shí)刻，模擬開關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對該通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖2為ADC0808芯片與AT89C51芯片的電路連接圖[4]。

2.3 LCD顯示模塊硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用字符型顯示，采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。它可以顯示兩行16個(gè)字符。圖3為LCD1602與AT89C51的電路連接圖。

圖3 LCD1602與AT89C51的電路連接圖

2.4 按鍵模塊硬件設(shè)計(jì)

由于要求結(jié)果在LCD數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示，于是設(shè)計(jì)一個(gè)按鍵模塊控制輪流顯示和單路顯示。當(dāng)開關(guān)circle閉合時(shí)，電壓輪流顯示，斷開時(shí)，液晶顯示器顯示的是某一通道，類似循環(huán)暫停一樣，即單路顯示。當(dāng)按下up按鍵時(shí)，通道顯示會(huì)自動(dòng)減1，即顯示上一個(gè)通道；當(dāng)按下down按鍵時(shí)，通道顯示會(huì)自動(dòng)加1，即顯示下一個(gè)通道。如圖4為按鍵電路圖。

圖4 按鍵電路原理圖

圖2 ADC0809與AT89C51的電路連接圖

3 數(shù)字式電壓表的軟件設(shè)計(jì)

按照模塊的劃分原則，整個(gè)系統(tǒng)軟件的主程序包括中斷服務(wù)程序、顯示子程序和A/D轉(zhuǎn)換子程序等模塊。利用C語言編程實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的功能。主程序流程圖如圖5所示，顯示子程序流程圖如圖6所示。

圖5 主程序流程圖

圖6 顯示子程序流程圖

4 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試

表1 數(shù)字電壓表仿真測試數(shù)據(jù)

系統(tǒng)的仿真與調(diào)試采用Proteus仿真軟件。首先在Proteus中繪制硬件電路圖，然后利用Keil進(jìn)行軟件部分的程序調(diào)試，最后將Keil生成的程序文件導(dǎo)入Proteus，就可以進(jìn)行系統(tǒng)仿真。通過仿真對八路通道的不同電壓進(jìn)行測試，電壓表顯示的結(jié)果如表1所示。

通過表1所示的分析數(shù)據(jù)，可見本設(shè)計(jì)的測量誤差較小，測量的精度較高。

5 結(jié)束語

使用AT89C51為主控制芯片構(gòu)成的數(shù)字式電壓表，可以測量0～5V的直流電壓[4]，并且可以通過鍵盤模塊控制來實(shí)現(xiàn)是循環(huán)顯示還是單路顯示[5]。通過Proteus進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，表明本設(shè)計(jì)具有精度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、測量讀數(shù)易讀、循環(huán)顯示時(shí)速度合理等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)測量儀器中的誤差修正、線性處理等問題。

[1]胡曉華.數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村機(jī)電，2014,4(31)：190－191．

[2]楊建成.基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012,35(21)：170－173．

[3]趙靜，劉少聰，丁浩，王莉莎.基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2011(6)：121－122.

[4]杜松晏.基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2012(35)：150－153.

[5]林三元.基于單片機(jī)數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)[J].工業(yè)技術(shù)，2014(10)：12－1.

Design of a High Precision Digital Voltage Meter

LI jie,WANG Ji-Feng
(College of Mobile Telecommunications,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 401520,China)

In the traditional instrumentation dustry the Analog voltage meter single function,Low measurement accuracy,In this paper,a high precision digital voltage meter is designed.The design uses AT89C51 microcontroller,A/D converter,etc,and completes the design of hardware and software,it has 8-channel input can measure of 0-5V voltage values,and on display by LCD1602 in turns,or Select single channel display.

digital voltage meter;A/D converte;AT89C51;high-precision

TP393

A

1008-1739（2015）18-69-369-3

定稿日期：2015-08-26