数字电压表设计开题报告

电子线路硬件课程设计开题报告

课题：数字电压表设计

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摘要

数字电压表是利用模拟/数字变换器原理，以十进制数字形式显示被测电压值的仪表，用途十分广泛。本次课程设计计划用单片机实现。以单片机芯片AT89C51为核心，在芯片上拓展AD转换、显示部分，然后外接一个衰减电路完成整个数字电压表设计。目标测量量程0-200V，分为4档：200mV、2V、20V、和200V，分辨率0.1mV，测量误差 < 0.1%。

关键字：数字电压表； AT89C51单片机

Abstract

A digital voltmeter is an instrument displaying the voltage in decimal system, which is based on simulation to digit. It’s widely used. The design is planned to be finished by using a one-chip computer named AT89C51. An analog to digital converter, a display section, and a voltage attenuation are attached to the chip and they make up the design. The measuring range is 0 to 200 volt. It’s divided into four gears as 200 millivolt, 2 volt, 20volt, and 200volt. The voltage resolution of the voltmeter is 0.1 millivolt and it’s measuring error is less than 0.1 percent.

key words: digital voltmeter, one-chip computer, AT89C51

一、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。

二、项目方案论证

方案一：用A/D 转换、LED 显示芯、各种需要的中规模门电路芯片、电阻、电容等纯硬件实现数字电压表：通过电阻衰减网络得到衰减后的电压，送入CC7107，将其输出的数字量接入LED 显示。该方法是用纯硬件实现数字电压表，硬件连接较复杂，电路体积大，测量方式不灵活，测量的误差比较大、精确度难做高。

利用ICL7106实现的电路连线图如图1

ICL7106是美国Intersil公司的产品，是目前应用最广泛的一种单片三位半的A/D转换器。

图1

方案二：采用单片机+A/D芯片+显示芯片设计数字电压表：单片机型号广泛、并且价格低廉。只要单片机内部具有中断、I/O、RS232等模块就能够满足选型基本要求，系统的精度能够保证。该方法硬件连接相对简单，测量误差较小，精度较高。

原理框图如图2

据数字电压表的功能实现要求，选AT89C51单片机作控制系统，低电压经放大器选用OPA336实现放大10倍、高电压经大电阻分压从而控制输入ADC0809的信号在2V左右实现A／D转换经AT89C51送入LED显示。

图2

方案三：基于FPGA+ A/D芯片的数字电压表：A/D转换器将模拟量转换为数字量，FPGA将转换的数字量变成需要的数字量，送LED进行显示。系统集成度高，精度可以保证，但是系统成本较高。

最终，我决定选择老师提供的第二个方案，也就是用单片机实现。因为相比纯硬件，不需要消耗太多的电子元器件，集成度稍微高一点；相比FPGA，它又稍微偏硬件一些，更贴合这次硬件课设的宗旨。而且它不但可其精度和显示可以精确控制，且电路相对简单成本低，稳定性较高，功能扩展方便，故采用此设计。

三、项目进展计划

第8周开题，到第17周验收成果，时间相对来说很充裕，我大致安排了一下计划。

第9周：需求分析-立项；

第10周：系统设计；

第12周：系统实现；

第15周：匹配调试；

第16周：系统测试；

第17周验收和总结报告。

至于实验设备和材料的准备：到实验室领取开发盒，然后购买了AD转换器，至于其他的电阻和导线以前实验课有剩下许多可以直接拿来使用。