电子线路硬件课程设计总结报告课题：数字电压表设计班级：作者：学号：指导老师：摘要一个测试结果稳定、准确的数字电压表，既能减少了使用者的工作量，又提高了测量的精准度，而且人为误差被大大减小，方便与电路打交道的人快速有效的完成自己的工作。

本项目设计并实现了一个能够对0-200V范围的直流电压进行测量的数字电压表，测量分为4挡：200mV、2V、20V和200V，手动控制档位选择，显示部分小数点自动实现切换。

项目基于AT89C51单片机，拓展AD转换、显示部分。

不同档位的待测电压通过不同档位的衰减电路后变为0-200mV，再通过一个OPA336一致放大到0-2V送入AD的输入端，然后通过芯片AT89C51内的程序控制AD转换并输出。

不同档位的电压信号又不同的程序控制输出到数码管显示。

整个电路连线简单易于实现，而且成本很低，测出的电压精度也足够满足需求。

关键字：数字电压表； AT89C51单片机；易于实现AbstractA digital voltmeter which is stable and accurate can not only reduce the work of the user, but also free off the error produced by using wrong. It is convenient to people who work with the circuit.This voltmeter is designed to measure a voltage between 0 to 200. It’s divided into four gears as 200 millivolt, 2 volt, 20volt, and 200volt. Gears changing is worked by hang. The project is base on the chip AT89C51 of one-chip computer. An analog to digital converter, a display section, and a voltage attenuation are attached to the chip and they make up the design. The voltage of different gears are changed into 0-200 millivolt. Then they are sent to an OPA336, and it’s output is 0-2 volt. The output is sent to the analog to digital converter.Then the chip control the analog to digital converter’s output to the displaying section.The whole circuit is easy. And although it’s cost is very low, the accuracy of the outcome is fine.key words: digital voltmeter, one-chip computer, AT89C51一、项目概述数字电压表（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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转换功能，放大器选用OPA336实现放大10倍的功能。

在保证送入A/D的电压为2V的等效电压时，利用AD还可以较精确地测出其值。

因为对不同电压档位采用不同的端口和程序控制，所以可以大大减小电路的要求，更利于实现。

二、项目设计目标（1） 项目综合描述本项目要求设计并实现一个数字电压表的装置，该装置能够对0~200V 范围的直流电压进行测量。

测量分为4挡：200mV 、2V 、20V 和200V 。

输入为模拟直流电压，输出为数字量，并在必要的辅助输出显示设备上显示。

同时具有正、负电压极性显示，小数点显示。

能判读并显示被测量信号超出所选择的量程范围。

并根据不同的量程能自动调整小数点。

（2） 任务要求：① 数字电压表有4个测量挡：200mV 、2V 、20V 和200V ，能将被测的模拟直流电压在显示设备上显示出来。

② 数字电压表以基本量程为基础，同时设计衰减器进行量程的扩展。

③ 具有213位（三位半）显示：有3位完整的显示，另外最高位只显示0或1。

④ 能够判读并显示被测电压的极性。

⑤ 测量速度为2~5 次/秒，分辨率为0.1mV ，测量误差γ<±0.1%。

（3）发挥部分1) 设计并调试自动量程转换电路。

2) 设计并调试小数点自动切换电路。

三、项目方案论证方案一：用A/D转换、LED显示芯、各种需要的中规模门电路芯片、电阻、电容等纯硬件实现数字电压表：通过电阻衰减网络得到衰减后的电压，送入CC7107，将其输出的数字量接入LED显示。

该方法是用纯硬件实现数字电压表，硬件连接较复杂，电路体积大，测量方式不灵活，测量的误差比较大、精确度难做高。

利用ICL7106实现的电路连线图如图1ICL7106是美国Intersil公司的产品，是目前应用最广泛的一种单片三位半的A/D转换器。

图1该仪表的量程UM=200Mv，称之为基本表或基本档。

其中：C1、R1分别为振荡电容和振荡电阻。

RP、R2组成基准电压的分压电路。

RP采用精密多圈电位器，R2为固定电阻，调整RP可使基准电压Uref=100.0mV。

R3、C3为模拟输入端的高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。

因ICL7106的输入阻抗很大，输入电流很小，故可取R3=1MΩ，C3=0.01uF。

C2、C4分别为基准电容与自动调零电容。

C5，R4依次为积分电容和积分电阻。

仪表采用9V电池供电。

电路中将IN-端与COM端短接。

该电压表的测量速率约为2.5次/秒。

而ICL7106只有液晶笔段及背电极驱动端，没有小数点驱动端[8]。

要显示小数点，需另加外围电路。

方案二：采用单片机+A/D芯片+显示芯片设计数字电压表：单片机型号广泛、并且价格低廉。

只要单片机内部具有中断、I/O、RS232等模块就能够满足选型基本要求，系统的精度能够保证。

该方法硬件连接相对简单，测量误差较小，精度较高。

原理框图如图2据数字电压表的功能实现要求，选AT89C51单片机作控制系统，低电压经放大器选用OPA336实现放大10倍、高电压经大电阻分压从而控制输入ADC0809的信号在2V左右实现A／D转换经AT89C51送入LED显示。

图2A/D转换方案模/数转换器是一种连接的模拟量转化成离散数字量的一种电路或器件。

模拟信号转换为数字信号一般需要经过抽样保持和量化编码两个过程。

针对不同的采样对象，有不同的A/D转换器可供选择，其中有通用的也有专用的。

有些ADC 还包含有其他的功能，在选择A/D器件时需要考虑多种因素，除了关键参数、分辨率和转换速度以外，还需考虑其他因素，如静态与动态精度，数据接口类型，控制接口与定时，采样保持性能，基本要求，校准能力、功耗、使用环境要求、封装形式以及与软件相关的问题。

ADC按功能划分可以分为直接转换和非直接转换两大类，其中非直接转换又有逐次分级转换、积分式转换等类型。

A/D转换器在实际应用时，除了要设计适当的采样/保持电路、基准电路和多路模拟开关等电路外，还应根据实际选择的具体芯片进行输入模拟信号极性转换等设计。

方案1：采用分级式转换器，这种转换采用两步或多步进行分辨率的闪烁式转换，进而快速的完成模/数转换，同时可以实现较高的分辨率。

例如，在利用两步分级完成n位转换的过程中，首先完成m位的粗转换，然后使用精度至少为m 位的模/数转换器，将此结果转换达到1/2的精度并且与输入信号比较。

对此信号用一个k位转换器转换，最后将两个输出结果合并。

方案2：采用双积分型A/D转换器，如ICL7153等。

双积分型A/D转换器转换精度高，但转换速度不太快，若用于温度测量，不能及时地反映当前温度值，而且多数双积分型A/D转换器其输出端都不是二进制码，而是直接驱动数码管的。

所以，若直接将其输出端接I/O接口会给软件设计带来极大的不方便。

方案3：采用逐次逼近式转换器，对于这种转换方式，通常是采用一个比较器输入信号与为基准的n位DAC输出进行比较，并执行n次1位转换。

这种方法类似于天平上用二进制码称量物质。

采用逐次逼近寄存器，输入信号仅与高位比较，确定DAC的高位。

确定后结果别、被锁存，同时加到DAC上，以决定DAC的输出。

逐次逼近型转换器，如ADC0809,AD574等，其特点是转换速度快，精度也比较高，输出为二进制码，直接接I/O口，软件设计简单。

ADC0809芯片内包含8位模/数转换器，8通道多路转换器与微控制器兼容的控制逻辑。

8通道多路转换器能直接连通8个单端输入信号中的任何一个。