单片机数字电压表开题报告

南京航空航天大学金城学院

毕业设计（论文）开题报告

题目基于单片机的数字电压表的设计

系部自动化系

专业自动化

学生姓名高英鑫学号2011032307

指导教师侯瑞职称讲师

毕设地点南京航空航天大学金城学院

2014年11 月22 日

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)。

(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所示是逐次逼近比较型数字电压表的原理框图。

图中，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1 逐次逼近比较型数字电压表的原理框图

(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所示。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。

图2 V-T型数字电压表原理框图

(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。

图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ADC0809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。