数字电压电流表头设计【字数：8616】
摘 要随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天，数字电压电流表的性能逐步扩大，功能日益强大。随着电路和微处理器技术的快速发展，半导体技术集成，数字化测量这个潜力方向有了巨大进步，促使了数字电压电流表的快速发展。相对于传统指针式电压表，数字电压表一般有精准度高、数字显示、读数迅速准确、精度高、操作简便等优点，使其获得越来越广泛的应用。本次设计的数字电压电流表，由单片机最小系统、电压电流采集、A/D转换、数码管显示等多个模块组成。其中以 STM8S103F3P6单片机为控制中心，整个系统由中央控制模块、 A/D转换模块、 LED显示模块和串口通信模块组成，所测电压电流经过数据采集，数据处理，经过单片机控制最终显示到数码管上，实现高精度的同时又有不错的测量范围， 相比较传统手动电压电流表更加方便准确。
目 录
1. 绪论 1
1.1数字电压电流表的背景和意义 1
1.2数字电压电流表的发展状况及趋势 2
1.3本课题的主要研究任务和解决思路 2
2. 系统方案设计 3
2.1系统分析 3
2.1.1功能及指标 3
2.2数字电压电流表的两种设计方案 3
2.3 微控制器选择 3
2.4 稳压模块的选择 3
2.5 运放模块的选择 3
2.6 显示模块的选择 3
3. 系统硬件设计 6
3.1主要硬件概述 6
3.1.1 STM8S103F3P6单片机 6
3.1.2 LM358放大器简介 7
3.1.3 LED2381数码管简介 7
3.2 主要单元电路设计 9
3.2.1 电源接口 9
3.2.2 稳压电路 9
3.2.3 运算放大电路 9
3.2.4 LED显示电路单片机总控制电路 9
3.2.5单片机总控制电路 11
4. 系统软件设计 13
4.1 整体系统流程图 13
4.2 LED数码管流程图 13
4.3 A/D转换流程图 16
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系统调试与分析 19
5.1 各模块运行测试 19
5.2 系统联合调试分析 20
结论语 23
致谢 24
参考文献 25
1. 绪论
1.1数字电压电流表的背景和意义
随着现在人们对电力设备测量要求的一步步提高，对于电压电流表这些最基本的测量设备的要求就变得更加严格，现代科学技术的发展，尤其是数字技术的进步，使得这种技术开始融入到当前电压电流表的设计与制作中去。
在电路设计中电压电流表示常用的仪器，电压表在不久之前都是模拟的，多采用指针式，精度虽然不差，但是容错率很低，反应比较慢。 现在社会速度越来越近，传统的模拟电压表已经不能满足人们的需求，于是数字电压电流表便诞生了，打破了传统电子测量的局限， 它采用数显技术，使用方便，测量精准，测量速度快，因此备受用户亲睐。数字化测量实现的方式是A/D转换。现在，数字电压表功能十分强大，不同种类的电压表也有不同的功能和作用， 大部分都能显著提高测量精度，而且能够提高电子化精度的测量，并且应用在很多的外用表上(如温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，在电子测量、电工行业、工程测量等领域有十分重要的作用 ，提高的测量效率，节约了成本。
1.2数字电压电流表的发展状况及趋势
数字电压表（ Digital Voltmeter）简称 DVM，它出现在上世纪50年代初，60年代末发展起来的电压测量仪表，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量（即连续的电压值、电流值）转变为不连续的数字量， 加以数字处理然后通过显示器显示。电压电流表之所以出现了，一方面是由于电子测量技术的要求提高了，需要满足人们的电子测量需求，然后再许多工程领域中是各种电子类测量的标准仪器，不能用传统的所代替；另一方面，也是由于计算机领域的发展日益强大。数字化测量仪表的产生与发展和电子计算机的发展是密切相关的；同时，传统的指针式电压表因为条件有限，需要迫切改良，所以数字电压表的出现是必然的。如今，它是实现智能化设备的必经之路。
数字电压电流表作为一种基础的电子测量设备，在供电系统中扮演者不可或缺的角色，对于整个电力网络电压的测定和监测有着极为重要的作用，在探索和研发新式的测量仪器时，人们觉得传统的指针式模拟电压表有许多缺陷和不足，甚至影响到了仪器的正常使用和电力设备的稳定性， 而因而潜在的威胁日益变大，这种需求的出现让针对此问题而研发的数字电压表瞬间突出了，数字电压表的精准度颇高，在使用过程中操作简单，程序也不复杂，维护和保养的成本也比较低，从数字式电压表此类仪器的研究意义和发展前景来说，一种新型的电压表设备能够在测量更加精准，操作更加方便的同时，还能降低维护和保养的成本，这对于长期保持系统内部的稳定运转和外部电路的各类电力设备的稳步运行、线路的正常运转都起着十分重要的作用，如今，数字化时代已经到来，自动化技术也日益成熟，发展迅速，数字电压电流表能够在更加精确的基础上减小失误，这是现在技术所必须的。
1.3 本课题的主要研究任务和解决思路
本课题主要设计出测量精度较高，量程较小的电压电流数值的直流数字电压电流表，但在此基础上缩小了芯片的大小，使其可以在安装在更多仪器上，同时芯片选择和各元器件选择尽量缩减成本，做到不失性能的同时设计方案简洁并且成本低廉，达到物美价廉性能稳定的特点。
系统方案的解决思路
本设计是基于STM8S单片机的数字电压表系统，该设计有检测速度快、精度高、读数准确等优点，具有良好的应用价值和应用前景。本系统通过电压电流采样电路分析采样输入电流，小电流经过运放电路放大，进入单片机进行数据的分析和处理，然后利用再显示在数码管上。既保证了弱信号的测量精度又兼顾了强信号的测量范围。系统以STM8S103F3P6为控制核心，整个系统由中央控制系统、直流稳压模块、运放模块和数码管显示模块组成，可实现对待测电压电流的测量并处理数据。
目 录
1. 绪论 1
1.1数字电压电流表的背景和意义 1
1.2数字电压电流表的发展状况及趋势 2
1.3本课题的主要研究任务和解决思路 2
2. 系统方案设计 3
2.1系统分析 3
2.1.1功能及指标 3
2.2数字电压电流表的两种设计方案 3
2.3 微控制器选择 3
2.4 稳压模块的选择 3
2.5 运放模块的选择 3
2.6 显示模块的选择 3
3. 系统硬件设计 6
3.1主要硬件概述 6
3.1.1 STM8S103F3P6单片机 6
3.1.2 LM358放大器简介 7
3.1.3 LED2381数码管简介 7
3.2 主要单元电路设计 9
3.2.1 电源接口 9
3.2.2 稳压电路 9
3.2.3 运算放大电路 9
3.2.4 LED显示电路单片机总控制电路 9
3.2.5单片机总控制电路 11
4. 系统软件设计 13
4.1 整体系统流程图 13
4.2 LED数码管流程图 13
4.3 A/D转换流程图 16
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系统调试与分析 19
5.1 各模块运行测试 19
5.2 系统联合调试分析 20
结论语 23
致谢 24
参考文献 25
1. 绪论
1.1数字电压电流表的背景和意义
随着现在人们对电力设备测量要求的一步步提高，对于电压电流表这些最基本的测量设备的要求就变得更加严格，现代科学技术的发展，尤其是数字技术的进步，使得这种技术开始融入到当前电压电流表的设计与制作中去。
在电路设计中电压电流表示常用的仪器，电压表在不久之前都是模拟的，多采用指针式，精度虽然不差，但是容错率很低，反应比较慢。 现在社会速度越来越近，传统的模拟电压表已经不能满足人们的需求，于是数字电压电流表便诞生了，打破了传统电子测量的局限， 它采用数显技术，使用方便，测量精准，测量速度快，因此备受用户亲睐。数字化测量实现的方式是A/D转换。现在，数字电压表功能十分强大，不同种类的电压表也有不同的功能和作用， 大部分都能显著提高测量精度，而且能够提高电子化精度的测量，并且应用在很多的外用表上(如温度计、湿度计、酸度计、重量、厚度仪等)，在电子测量、电工行业、工程测量等领域有十分重要的作用 ，提高的测量效率，节约了成本。
1.2数字电压电流表的发展状况及趋势
数字电压表（ Digital Voltmeter）简称 DVM，它出现在上世纪50年代初，60年代末发展起来的电压测量仪表，它采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量（即连续的电压值、电流值）转变为不连续的数字量， 加以数字处理然后通过显示器显示。电压电流表之所以出现了，一方面是由于电子测量技术的要求提高了，需要满足人们的电子测量需求，然后再许多工程领域中是各种电子类测量的标准仪器，不能用传统的所代替；另一方面，也是由于计算机领域的发展日益强大。数字化测量仪表的产生与发展和电子计算机的发展是密切相关的；同时，传统的指针式电压表因为条件有限，需要迫切改良，所以数字电压表的出现是必然的。如今，它是实现智能化设备的必经之路。
数字电压电流表作为一种基础的电子测量设备，在供电系统中扮演者不可或缺的角色，对于整个电力网络电压的测定和监测有着极为重要的作用，在探索和研发新式的测量仪器时，人们觉得传统的指针式模拟电压表有许多缺陷和不足，甚至影响到了仪器的正常使用和电力设备的稳定性， 而因而潜在的威胁日益变大，这种需求的出现让针对此问题而研发的数字电压表瞬间突出了，数字电压表的精准度颇高，在使用过程中操作简单，程序也不复杂，维护和保养的成本也比较低，从数字式电压表此类仪器的研究意义和发展前景来说，一种新型的电压表设备能够在测量更加精准，操作更加方便的同时，还能降低维护和保养的成本，这对于长期保持系统内部的稳定运转和外部电路的各类电力设备的稳步运行、线路的正常运转都起着十分重要的作用，如今，数字化时代已经到来，自动化技术也日益成熟，发展迅速，数字电压电流表能够在更加精确的基础上减小失误，这是现在技术所必须的。
1.3 本课题的主要研究任务和解决思路
本课题主要设计出测量精度较高，量程较小的电压电流数值的直流数字电压电流表，但在此基础上缩小了芯片的大小，使其可以在安装在更多仪器上，同时芯片选择和各元器件选择尽量缩减成本，做到不失性能的同时设计方案简洁并且成本低廉，达到物美价廉性能稳定的特点。
系统方案的解决思路
本设计是基于STM8S单片机的数字电压表系统，该设计有检测速度快、精度高、读数准确等优点，具有良好的应用价值和应用前景。本系统通过电压电流采样电路分析采样输入电流，小电流经过运放电路放大，进入单片机进行数据的分析和处理，然后利用再显示在数码管上。既保证了弱信号的测量精度又兼顾了强信号的测量范围。系统以STM8S103F3P6为控制核心，整个系统由中央控制系统、直流稳压模块、运放模块和数码管显示模块组成，可实现对待测电压电流的测量并处理数据。
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