基于单片机的三位半数字电压表设计.doc_三位半数字电压表

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摘要

本次设计用单片机芯片 AT89C51 设计一个数字电压表，能够测量直流电压值，

四位数码显示，量程范围为 0-200V，显示分辨率为 0.1 mV。此系统由分压电阻、

51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。

本电压表具有设计方法合理、简单易行、成本低、安全实用等特点。

关键词：数字电压表；AT89S52 单片机；低成本

前言

数字电压表（Digital Voltmeter）简称 DVM，它是利用模拟/数字变换器

（A/D）原理，以十进制数字形式显示被测电压值的仪表

[1]

。DVM 除了广泛用于电

压测量外，通过各种变换器还可以测量其他电量或非电量，用途十分广泛

[2]

。

DVM 的高速发展，使它已成为实现量程自动化、提高工作效率不可缺少的仪

表。数字化是当前计量仪器仪表发展的主要方向之一

[2]

。而高准确度直流 DVM 的出

现，又使 DVM 进入了精密标准测量领域。测量是一种认识过程，就是用实验的方

法将被测量与所选用单位的相同参量进行比较，从而确定它的大小。科学技术和结

构工艺也与测量息息相关。现代的测量仪器仪表是科学技术成果之一，而离开测量

技术，科学技术便无从发展。例如，各种物理定律的正确性就必须通过精密的测试

来验证。正是坚持理论与实验定量的一致性，才使科学技术获得进步并促进国民经

济的发展，可见测量在科学技术中占的地位是多么重要。DVM 广泛应用在测量领域

中，其测量结果的准确度和可信度取决于它结构主要性能和技术指标。评价某种

DVM 性能的优劣，产品质量是否合格，是否满足技术指标的要求，必须通过正确的

鉴定和测试结果才能分析判断出来。

传统的指针式电压表功能单一，精度底，读数不方便，不能满足数字化时代的

需要。采用单片机的数字电压表，具有精度高，抗干扰能力强，可扩展性强等优点。

现今，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，展示了强大的生命力。而且，

由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪表仪器，也把电量及非电量测量技术提高

到新的水平

[15]

。

本设计中电压表可以测量直流电压测量范围（ 0~200V ）共分四档：

200mv、2v、20v、200v，并且通过4位LED数码管三位半显示其数值。所谓三

位半的三位是指可以显示0－9的十个数字，称作全位。千位数最大显示为1（小于1

时消隐），这位在理论上讲最大能显示2，比如在2V挡，最大显示应该是2.000，

但实际显示1.999，和理论值还差一。那么这位理论值最大应该显示2，而实际只能

显示1，就叫做1/2位

[15]

。理论值为分母，实际显示最大值为分子。根据数字电压表

的功能实现要求，选用AT89C51单片机作控制系统，由ADC0809实现A／D转换功

目  录
摘 要....................................................................................................................................................................I
Abstract.............................................................................................................................................................II
前 言.................................................................................................................................................................III
第 1 章 方案论证................................................................................................................................................1
1.1 
课题设计要求
...........................................................................................................................................1
1.2 
方案论证
...................................................................................................................................................1
1.2.1 主控部分的选择................................................................................................................................1
1.2.2 A/D 转换方案....................................................................................................................................3
1.2.3 单片机复位方案................................................................................................................................4
1.2.4 数据显示电路....................................................................................................................................5
1.2.5 LED 显示方案...................................................................................................................................5
1.2.6 量程转换电路....................................................................................................................................6
第 2 章 基于单片机的数字电压表基本原理和组成........................................................................................9
2.1 
系统总体设计
...........................................................................................................................................9
2.2 
主要芯片介绍
.........................................................................................................................................10
2.2.1 AT89C51 单片机..............................................................................................................................10
2.2.2 ADC0809 芯片介绍.........................................................................................................................13
2.2.3 74LS74 芯片介绍............................................................................................................................16
第 3 章 基于单片机的数字电压表的电路设计..............................................................................................18
3.1
电源设计
.................................................................................................................................................18
3.2 
衰减电路设计
.........................................................................................................................................18
3.3 
放大电路设计
.........................................................................................................................................19
3.4 
单片机最小系统设计
.............................................................................................................................20
3.5 
报警电路设计
.........................................................................................................................................21
为了使电压表在使用中能够准确的反应测量情况，给电压表配以报警电路
.
当当前测量电压超量程
测量时系统报警，电压表停止工作。
.......................................................................................................21
3.6 A/D
转换电路设计
..................................................................................................................................21
3.7 
开关电路设计
.........................................................................................................................................22
3.8 
显示电路设计
.........................................................................................................................................23
3.9 
分频电路设计
.........................................................................................................................................24
3.10 
硬件整体电路图
...................................................................................................................................25