数字电压表设计

电子线路硬件课程设计总结报告

课题：数字电压表设计

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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

Abstract

A 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2

13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。