基于单片机的智能电压表设计

根据对出口、消费、投资等带动经济发展的“三驾马车”分析得出，我国电子信息产业总体面临一个较为有利的发展环境：
一是全球电子信息产品市场增长的势头仍将延续，国外产业转移呈现深化趋势，对外出口将保持快速增长。
二是明年数字奥运建设对电子信息产业的拉动效应将明显显现，特别是数字电视和新一代移动通信的启动，将创造巨大的国内电子信息产品市场。随着和谐社会的构建，中西部和农村地区的市场前景日益看好。
图2-1 总体设计说明图
2.3
根据设计要求，该智能数字式系统电压表采用STC89S52型单片机作为主要控制器，系统由过压保护电路，输入分压及量程切换电路，A/D转换电路，单片机最小系统，显示电路和其它外围电路等几个功能模块组成。本系统原理图如图2-2所示。
图2-2 系统原理图
第
3.1微处理器电路的设计
本设计的电压表具有如下几个特点；
1、成本低，价格实惠；
2、测量范围广能够测量0-500v的直流电压；
3、抗干扰能力强，能够比较平稳的显示电压；
4、输入阻抗高为10MΩ～10000MΩ；
5、测量速度快，分辨率高，采用12位的A/D转换芯片；
本设计
第一章简要介绍了智能电压表的研究背景、发展趋势、及研究内容。
数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D转换器、数码管和按键处理电路组成，由于AD574在进行A/D转换时需要有CLK信号，本试验中AD574的CLK直接由外部电源提供为50Hz的方波。由于AD574的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值(D/2048*VREF) AD574采用逐次逼近法转换，把模拟电压转换成16进制的D，由于是对直流电压0～5V进行采集，所以D对应的电压为V0，我们的目的就是要把V0显示在LED数码管上，因为单片机不好进行小数点计算，所以有：V0=2*D扩大了100倍，扩大100倍后的结果高八位放寄存器B，低八位放寄存器A，分寄存器B为0或不为0的情况进行存取数据，得到的结果个位放入R0，十位放入R1，通过查表使之显示在数码管上
目前实现电压数字化测量的方法仍然模-数（A/D）转换的方法。而智能型数字电压表种类繁多，型号新异，目前国际仍未有统一的分类方法。而常用的分类方法有如下几种：
按用途来分：有直流数字电压表，交、直流数字式系统电压表，交直流万用表等。
按显示位数来分：有4位，5位，6位，7位，8位等。
按测量速度来分：有低准确度，中准确度，高准确度等。
1.2
随着我国现代化建设的发展，电子检测产品日新月异，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。
数字电压表则利用单片机技术结合A/D转换芯片，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示仪表。目前，有各种单片机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，示出了强大的生命力。
2.2
这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难与在原基础上进行功能扩展等不足。设计说明图如下：
学科分类号：__08_______
科技学院
本科生毕业设计
题目：基于单片机的智能电压表设计
专业年级：电子信息工程
基于单片机的智能电压表设计
摘要：设计一种基于STC89C52单片机的智能数字电压表。分析了电压测量原理，设计了硬件电路和软件。主要通过STC89C52，AD574模数转换，模拟开关，LM324放大电路来实现量程自动转换，来实现电压表的功能。该表测量电压范围0~500v，输入阻抗大于22M，分辨率为12位。能自动完成量程选择，零点/满量程校正的直流电压表，仅使用两次按键，使用非常方便。数据由数码管显示。
在电量的测量中，电压，电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最经常。而且随着电子技术的发展，更是需要经常测量高精度的电压，所以数字电压就成为必不可少的测量仪器。另外，数字测量仪器具有读数准确方便，精度度高，误差小，灵敏度高，分辨率高，测量速度快等特点倍受用户亲睐，数字电压表的设计就基于这种需求发展起来。
第二章提出方案设计。
第三章完ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对控制系统硬件的设计，完善电路，优化设计方案，分模块介绍。
第四章对控制系统软件进行设计，提出软件设计总流程图。
第五章总结与展望。
第2章方案设计
2.1
按系统功能要求，决定控制系统采用STC89S52单片机，A/D转换采用AD574系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行其功能的扩展。本文采用STC89S52作为核心元件,STC89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的STC89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
如今，数字电压表已经绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表，因为传统的模拟指针式电压表功能单一，精度低，读数的时候非常不方便还经常出错，而采用单片机的数字电压表由于测量精度高，速度快，读数时也非常方便，抗干扰能力强，可扩展性强等优点已被广泛应用与电子和电工测量，工业自动化仪表，自动测量系统等领域。显示出强大的生命力。
三是今年电子信息产业投资势头迅猛，多个超过10亿元的元器件大项目陆续投产，将在明年推动产业新一轮的规模扩张。因此从总体上判断，明年电子信息产业将保持平稳发展，特别在下半年可能出现增长高峰，呈现出“低开高走”的态势。
中国数字电压表产业发展研究报告阐述了世界数字电压表产业的发展历程，分析了中国数字电压表产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型数字电压表产业”及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型数字电压表产业”及替代产品的内涵。根据“新型数字电压表产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国数字电压表产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的数字电压表产业发展进行了全面的研究。
现阶段电压表还存在以下几个缺点；
1、分辨率不高，测量精度不高；
2、抗干扰能力不高，不能够平稳显示准确的电压值；
3、输入阻抗少，不能测量较大范围的电压；
1
通过了解单片机,A/D转换电路,模拟开关电路设计，放大电路等各个系统之间模块功能来实现智能化，单片机作为本设计主要处理芯片能够实现多个功能。
本文主要基于单片机的电压表，主要能够实现0-500v的直流电压表，量程自动转换，有多个量程，关于小量程是能够通过放大电路来实现数据的放大。通过数码管来显示。当超出量程时由报警电路来实现报警。分模块化来介绍各个部分来详细说明。
按测量速度来分：有低速，中速，高速，超高速等。
但在日常生活中，智能电压表一般是按照原理不同进行分类的，目前大致分为以下几类：比较式，电压——时间变换式，积分式等。
在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度高和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式电压表就是基于这种需求而发展起来的，是一种必不可少的电子测量仪表。
数字电压表最初是伺服步进电子管比较式，其优点是准确度比较高，但是采样速度较慢，体积重达几十公斤。继之出现了谐波式电压表，它的速度方面稍有提高但准确度低，稳定性差，再后来出现了比较式仪表改进逐次渐进式结构，它不仅保持了比较是准确度高的优点，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺点就是抗干扰能力差，很容易受到外界因素的影响，随后，在谐波式的基础上双引申出阶梯波式，它的唯一进步就是成本降低了，可是准确度，速度及抗干扰能力都未提高。而数字电压表的发展已经非常成熟，就原理来讲，它从原来的一两种已经发展到多种，在功能上讲，它从测单一的参数发展到能测多种参数；从制作原件看，发展到集成电路，准确度已经有了很大的提高，精度已经达到1NV，读数速度达到每秒几万次，而相对以前价格已经降低了很多。
这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。此方案不仅能够继承上一种方案的各种优点，还能改进上一种设计方案设计不灵活，难与在原基础上进行功能扩展等不足。
关键词：电压测量；自动换挡；AD574；STC89C52
Microcontroller-basedsmartvoltmeter
Abstract:DesignAT89C52intelligent digitalvoltmeter.Voltage measurementprinciples, the designofhardware and software.On AT89C52Application of AD574analog to digitalconversion,analog switches,the LM324amplifier circuitto achievetheautomatic rangeconversion,to achievethe functionofthevoltmeter.Themeter to measure thevoltagerange of 0~500v,input impedanceisgreaterthan22M,with a resolution of12.Can automatically complete therange selection,zero /full scalecalibratedDCvoltmeter,use onlytwobuttons,very easy to use.Databythedigital display.