数字电压表的设计与制作

数字电压表的设计与制作

作者：李莎

来源：《科教导刊·电子版》2015年第34期

摘要传统数字电压表不仅技术低端，同时成本较高，不便于维护。因此，为了与现代测量仪器系统发展相适应，本文以AT89C51为系统的控制核心，进行A/D转换，转换结果以四位数通过LED显示，对数字电压表的设计制作进行了简单探讨。

关键词数字电压表设计制作

中图分类号：TM933 文献标识码：A

数字电压表最早出现在上世纪五十年代，六十年代以数字测量技术为基础、采用断续数字量对数字进行处理，通过显示器显示的电压测量仪表研发成功。随着科学技术的不断发展，取而代之的是数字电压表，运用单片机作为核心控制芯片、以AT89C51作为A/D 转换芯片所设计的数字电压表，在电量测量中，有三个最基本的测量量就是电流、电压和频率，而在这其中，经常测量的就是电压量。近年来，随着科学技术的不断发展，更是需要对一些高精度的电压进行测量，因此，在测量过程中，必不可少的就是数字电压表，与传统指针式电压表相比，功能更加全面、测量精度高、运行速度快、读数方便，不易出现差错。同时，在其扩展性和抗干扰能力也得到了提高，凭借其独有的优势，已被广泛应用到工业自动化仪表等智能化测量领域。因此，对于数字电能表的设计与制作进行研究，有着重要的现实意义。

1数字电压表的组成原理及特点

1.1数字电压表的组成原理

数字电压表是利用模数转换原理，将被测电压转换为数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种电子测量仪器。数字电压表组成，主要包括以下几个部分：输入电路、电源电路、A/D 转换器、控制逻辑电路和显示器。其中，A/D 转换器和输入电路为模拟电路部分，数字电路部分由控制逻辑电路和显示器组成。其中，数字电压表的核心就是A/D 转换器，它承担着将被测电压转换成与其成比例的数字量任务。电压作为基本电量，并且大部分物理常量都能够通过转换，形成电压，所以说，A/D 转换是最为常见的转换方式。由于转换方案和原理各不相同，因此，数字电压表的类型也是多种多样。

1.2数字电压表的特点

（1）数字电电能表能够避免由于人为导致的测量误差，并且，与人们的读数习惯相适应，读数缩短，便于记录，具有标志符显示功能。

（2）分辨率高，数字电压表能够在末位1个字所代表的电压值反映仪表的灵敏度，并且，位数增加，灵敏度越高。

（3）扩展能力强。能够根据不同需求实现数字仪表、智能仪器等。

2数字电压表硬件电路设计

本次数字电压表设计由AT89C51单片机控制电路、12MHz时钟电路、复位电路、数码管显示电路、A/D转换电路和电源电路等主要电路组成。

2.1时钟电路

所谓时钟电路，指的就是在工作状态下，会产生像时钟一样准确的振荡电路。也就是说，此时，所有工作都会按照时间顺序进行。时钟的运用在我们的生活中随处可见，电脑、手机等电子设备都含有时钟电路。本次设计，在计算机系统起着重要作用的就是时钟电路，是系统稳定运行的重要保障。80C51单片机芯片机集成了振荡电路，只要在芯片制定脚外接晶体振荡器即可工作。

2.2复位电路

复位电路的主要功能就是保证CPU以及系统中包含的其它功能部件保持在初始状态，并且所有工作都从初始状态开始。单片机的复位电路的执行，凭借的是外部电路，想要使其回复初始状态，只需要在与之对应的引脚上加上持续二个机器周期以上的高电平即可。通常采用的复位电路有两种形式：一种是上电复位，另一种是开关复位。

2.3电源电路

所谓电源电路，指的就是在提供给用电设备电力供应的电源部分的电路谁，使用的电路形式和特点。比较常见的有直流电源电路和交流电源电路。本次设计中，电源电路的任务就是为数字电压表提供+5V的供电电路，进而保证数字电压表的稳定运行。

2.4数码管显示电路

数码管显示电路的任务就是显示电压值，电压值的范围在入0.00—5.00V。数字电压表中的LED灯，通过动态显示和轮流给数码管位选端加驱动电压，在不加驱动电压的情况下，任何一个数码管位都是暗的，如何对一个数码管位进行驱动电压，这时，只有该数码管位会变亮。数码管位并非突然暗下来，因此，人眼会出现视觉暂留现象，此外，系统能够同时对其他数码管位驱动电压，所以，就能看见常亮的数字了。

2.5 A/D转换电路

A/D转换电路的任务就是对模拟信号进行转换，形成数字信号，然偶对数字信号进行处理。A/D转换器的转换精度直接关系着测量电路的结果，而参数说明了测量电路的性能。

A/DC0809转换器转换精度高，性能稳定，电路结构简单，并且抗干扰能力较强。ADC0809芯片双列直插式封装28引脚，主要包括模拟量输入通道、地址锁存允许信号、转换启动信号、地址线、始终信号、转换结束信号、数据输出线、+5V电源等。

2.6测试电压输入电路

A/D转换器对于被转换数值是由一定的要求，而输入电路的任务就是将需要被测的不同量程的电压进行规范，使被测电压能够满足A/D转换器对电压值的要求。在本次设计中，A/D转换器的电压值为0.00-5.00V，对被测电压数值的调节通过滑动变阻来实现。

3结语

本文以AT89C51为核心，利用AT89C51进行A/D转换，在单片机的控制下通过LED将转换结果显示出来，这样的能够最大程度简化电路设计，该系统具有编程简洁、结构简单、占用单片机资源少等特点，为单片机功能扩展提供了更大空间。

参考文献

[1] 吴视明.关于数字电压表的设计分析[J].城市建设理论研究（电子版），2013（19）.

[2] 濮霞，胡亚刚，李楠，等.数字直流电压表的设计制作[J].电子设计工程，2013（4）.