基于单片机的数字电压表的设计文献综述

毕业设计(论文)附录

课 题 名 称 基于单片机的数字电压表的设计 学 生 姓 名 学 号

系、年级专业 电气工程系测控技术与仪器 指 导 教 师

2013年12 月26日

文献综述

摘要 本文是以基于单片机的数字电压表设计为研究内容。首先对数字电压表作了

详细介绍，接着讲述了数字电压表的类型和作用以及一些数字电压表的制作原理和构造，对比一下各种方法制造的压表。对各种电压表的制作做一个归纳和总结，最后给出自己的方案和准备采用的手段方法。

关键词 单片机 A/D转换 数据处理 1简介

数字电压表(Digital Voltmeter)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。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，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，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。

数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，本文A/D转换器采用ICL7135高精度、双积分A/D对输人模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。

数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。数字电压表的主要技术指标：测量范围、输入阻抗、显示位数、测量速度、分辨率。

2数字电压表的几种类型

DVM的种类有多种，分类方法也很多，有按位数分的，如3/2位、5位、8位；有按测量速度分的，如高速、低速；有按体积、重量分的，如袖珍式、便携式、台式。但通常是按A/D转换方式的不同将DVM分成两大类，一类是直接转换型，也称比较型；另一类是间接转换型，又称积分型，包括电压－时间变换(VT变换)和电压－频率变换(V-f变换)。 2.1逐次逼近比较型。

逐次逼近比较型电压表是利用被测电压与不断递减的基准电压进行比较，通过比较最终获得被测电压值，然后送显示器显示的。虽然逐次比较需要一定时间，要经过若干个节拍才能完成，但只要加快节拍的速度，还是能在瞬间完成一次测量的。图1数码开关可把由基准电压源输出的高稳定性电压Ub分成若干个步进小电压Ub1、Ub2、Ub3等，而且这些步进电压的前一个值比后一个大一倍，用二进制表示则刚好增加一位，例如，取基准电压Ub为1024mV，并将其分成512mV、256mV、128mV、64mV、32mV、16mV、8mV、4mV、2mV、1mV等若干电压，然后通过控制电路将Ub逐个送到比较器与被测电压进行比较。所取出的Uu应按从大到小顺序取出，也就是先取最大的电压Ub1与UX进行比较，若Ub1>Ux，就由数码寄存器输出一个数码“0”，并舍去Ub1；若Ubt

图2.1 逐次逼近比较型数字电压表的原理框图

2.2电压－时间变换型。

所谓电压－时间变换型是指测量时将被测电压值转换为时间间隔△t，电压越大，△t越大，然后按△t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压-时间变换型又称为V-T型或斜坡电压式，其原理框图如图2.2所示。

2.2 V-T型数字电压表原理框图

控制器ST是电压表的指挥部，它每隔一定时间(例如每隔2s)就发出一个启动脉冲，一方面利用启动脉冲打开控制门T，让等间隔的标准时间脉冲序列能通过控制门进入十进制计数器；另一方面启动脉冲触发斜坡电压发生器，使它开始产生一个直线上升的斜坡电压，在斜坡电压上升的过程中，斜坡电压不断与被测电压在电压比较器中进行比较，当斜坡电压等于被测电压Ux时，电压比较器即发出关门信号，将T门关闭。这时十进制计数器所保留的数就是T门从开启到关闭的时间间隔中，通过T门的标准时间脉冲的个数。被测电压Ux越大，斜坡电压从零上升到被测电压Ux，值所需要的时间、T门开启时间也越长，计数器所计数值也越大，利用数码显示器将计数器所计数值显示出来，所计的数就是通过T门的脉冲个数。适当选择标准脉冲发生器的重复频率和斜坡斜率，就能使通过T门的脉冲个数与被测电压值相等，显示器上便可以直接显示出被测电压值。 2.3电压－频率变换型。

所谓电压－频率变换型是指测量时将被测电压值转换为频率值，然后用频率表显示出频率值，即能反映电压值的大小。这种表又称为V-f型，图2.3为V-f型数字电压表原理框图。图中有两个振荡器，HO为固定频率振荡器，AO为可控频率振荡

器。利用被测电压直接控制AO的输出电压频率，使被测电压越大，频率就越高，经混频器混频之后，输出的频率也越高；当被测电压为零时，让可控频率振荡器AO输出的频率等于HO的频率，经混频器混频之后，输出频率为零。这样就能通过可控频率振荡器，把被测电压值转换为频率值，然后通过计数显示出来。只要适当选择AO和HO的振荡频率，就能够使显示器读数直接等于被测电压值。 电压值。

图3.3 V-f型数字电压表原理框图

数字电压表的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步处理，传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际上，都具有传统数字电压表无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

基于单片机的简易数字电压表设计，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换器采用ICL7135高精度、双积分A/D为主要硬件，实现数字电压表的硬件电路与软件设计。数字电压表可以测量0V~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。

本系统用单片机AT89C51构成数字电压表控制系统，具有精度高、速度快、性能稳定和电路简单且工作可靠等特点，具有很好的使用价值。

3参考文献

[1]丁元杰．单片微机原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2005 [2]张永枫．单片机应用实训教程[M]．西安：西安电子科大出版社，1993

[3]何立民．MCS-51系列16位单片微型计算机[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1989 [4]周明德．微机原理与接口技术[M]．北京：人民邮电出版社，2002 [5]陈红卫．微型计算机基本原理与接口技术[M]．北京：科学出版社，2003

[6]徐爱钧，徐阳．智能化测量控制仪表原理与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2012 [7] 李光飞，楼然苗．单片机课程设计实例指导[M] ．北京：北京航空航天大学出版社，2004 [8] 余永权．ATMEL89系列单片机应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002 [8] 杨文龙．单片机原理及应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1998 [9] 黄继昌．电子元器件应用手册[M]．北京：人民邮电出版社，2004 [10] 刘文涛．单片机应用开发实例[M]．北京：清华大学出版社，2005

[11] 孙涵芳，徐爱卿．MCS-51系列单片机原理及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，

1998

[12] 范立南，李雪飞，尹授远．单片微型计算机控制系统设计[M]．北京：人民邮电出版社，2004 [13] 李刚，林凌．与8051兼容的高性能、高速单片机[M]．北京：北京航空航天大学出版，2002 [14] 周航慈．PHILIPS51PC系列单片机原理及应用设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，

2002

[15] 阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1998

3参考文献

[1]丁元杰．单片微机原理及应用[M]．北京：机械工业出版社，2005 [2]张永枫．单片机应用实训教程[M]．西安：西安电子科大出版社，1993

[3]何立民．MCS-51系列16位单片微型计算机[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1989 [4]周明德．微机原理与接口技术[M]．北京：人民邮电出版社，2002 [5]陈红卫．微型计算机基本原理与接口技术[M]．北京：科学出版社，2003

[6]徐爱钧，徐阳．智能化测量控制仪表原理与设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2012 [7] 李光飞，楼然苗．单片机课程设计实例指导[M] ．北京：北京航空航天大学出版社，2004 [8] 余永权．ATMEL89系列单片机应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002 [8] 杨文龙．单片机原理及应用[M]．西安：西安电子科技大学出版社，1998 [9] 黄继昌．电子元器件应用手册[M]．北京：人民邮电出版社，2004 [10] 刘文涛．单片机应用开发实例[M]．北京：清华大学出版社，2005

[11] 孙涵芳，徐爱卿．MCS-51系列单片机原理及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，

1998

[12] 范立南，李雪飞，尹授远．单片微型计算机控制系统设计[M]．北京：人民邮电出版社，2004 [13] 李刚，林凌．与8051兼容的高性能、高速单片机[M]．北京：北京航空航天大学出版，2002 [14] 周航慈．PHILIPS51PC系列单片机原理及应用设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，

2002

[15] 阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，1998

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