单片机的数字电压表(附件)【字数：9310】
在日常生活、工作和教学中，电压表作为测量工具是必不可少的。本文设计目的就是通过以单片机微控制器为基础，设计出结构上简单、工作稳定、灵活性好的简易数字电压表。本文首先对数字电压表课题的目的和意义、发展概述以及设计的基本要求做了简单的介绍。接着，提出数字电压表的整体的设计方案，并对硬件的选择作了详细的讨论。然后，介绍了硬件系统的设计原理、元件的属性和功能，并对各部分相应的接口电路加以描述。软件方面，介绍了主要程序的设计原理、编程思路和实现的功能。最后，介绍了调试所使用的相关软件，对测量出现的误差作了进一步分析和总结。本文所设计的简易数字电压表，在硬件上，元件少、成本低、操作简单；在软件上，选择灵活性高而且可读性强的C语言编程；经过理论研究，提出原理设计和可行方案；通过仿真调试，并加以实验验证，最终确定该方案确实可行。
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的背景意义和研究现状 1
1.1.1 选题的背景意义 1
1.1.2 数字电压表的概述 1
1.1.3 数字电压表发展概况 1
1.2 设计的任务和要求 2
1.2.1 设计的基本要求 2
1.2.2 本文所做的主要工作 2
第二章 系统的整体设计方案 4
2.1方案设计的基本思路 4
2.2 系统的方案设计 4
2.2.1单片机的选择 4
2.2.2 A/D转换模块的选择 4
2.2.3 显示模块的选择 5
2.2.4 键盘模块的选择 6
第三章 系统硬件电路设计 7
3.1 系统硬件设计框图 7
3.2 电源电路 7
3.3 AT89C51最小系统电路 8
3.3.1 主控芯片AT89C51简介 8
3.3.3 时钟电路 11
3.4 A/D转换电路 11
3.4.1 ICL7109芯片介绍 11
3.4.2 A/D转换电路 14
3.5 液晶显示模块 15
3.5.1 LCD1602介绍 15
3.5.2 LCD1602硬件接口电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
15
3.6 过压报警电路 16
3.7 键盘模块 17
3.7.1 复位按键 17
3.7.2 量程切换按键 17
3.7.3 报警值调整按键 18
第四章 基于单片机的数字电压表的软件设计 19
4.1 系统软件设计主程序流程图 19
4.2 ICL7109转换程序流程图 20
4.3 量程转换流程图 20
4.4 LCD1602程序流程图 21
4.5 键盘控制程序 22
4.6 中断函数 23
第五章 测试与调试 24
5.1 设计软件 24
5.1.1 51单片机开发软件keil介绍 24
5.1.2 仿真软件Proteus介绍 25
5.1.3 PCB设计软件Altium Designer介绍 25
5.2 软件调试 26
5.3 误差分析 28
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
附录1：数字电压表系统原理图 33
附录2：程序代码 34
绪论
1.1 选题的背景意义和研究现状
1.1.1 选题的背景意义
如今，数字电压表已成为提高工作效率和实现测量自动化不可缺少的仪表工具。数字化显示是当前仪器仪表发展的主要方向之一，由于单片机和数模转换器的发展使数字电压表进入了精密仪器测量领域。随着现代化技术的不断发展，数字电压表的功能变得越来越强大，种类也越来越多，适用范围也越来越广泛。数字电压表实现智能化也将是必然的趋势，这样不仅能提高数字电压表的测量准确度，而且能实现测量技术的自动化。数字电压表在原理和技术上和其它数字化仪器仪表也是相通的。数字电压表还可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表以及非电量的基于数字化的仪表，从而大大提高了测量技术工作人员的工作效率。
1.1.2 数字电压表的概述
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，是采用现代数字化的测量技术,将连续的模拟量转换成为离散的数字形式并加以显示的电子测量仪表。数字电压表的控制核心单元是单片机，负责对转换的结果进行运算和处理。A/D转换器对输人模拟信号进行转换，测量精确度取决于A/D转换器的位数，选的的转换器位数越多，测量准确度越高。最后通过显示器显示数字电压值。
传统的指针式电压表功能简单、准确度低，读数容易产生误差，不能满足现代工业和科研需求[9]。采用数字电压表具有以下九大特点：1.抗干扰能力强；2. 精度高；3. 测量范围广；4.显示直观清晰，读数准确；5. 高集成度，功耗低；6. 测量速率快；7．扩展能力强；8.工作稳定。
1.1.3 数字电压表发展概况
自1952年数字电压表问世以来，经历了长期而又显著的改进过程。最初电压表是采用伺服步进电子管比较式，它的优点是准确度相对传统比较高，但是采样速率较慢，一个伺服步进电子管电压表重达几十公斤。接下来出现的是谐波式电压表，在速度方面略有提高，但是它的准确度低，稳定性也达不到要求。再后来，采用逐次渐进式结构的比较式仪表，这样不仅保持了以前准确度高的优点，而且在转换速度方面也有了显著的提高。但它的缺点就是很容易受到外界因素的影响，抗干扰能力差。紧接着，通过在谐波式的基础上改进了阶梯波式，成本得以显著降低，但在准确度，速度及抗干扰能力上都未能提高[2]。
经过不断地发明和改进，如今数字电压表技术发展已经相当成熟。就体积看，它从庞大的电子管结构发展到集成电路；从原理来说，它从原来的比较式原理已经发展到多种测量转换原理；在功能上讲，它从可以测量单一的参数发展到可以测量多种参数；在准确度上，数字电压表测量精度可以达到1NV，读数速度已经达到每秒数万次，准确度也有了巨大的提高。在成本上，相对以前昂贵的价格也有了显著的降低。
随着现代化和智能化技术的发展，新型数字仪表有5个主要的发展趋向：1.广泛采用新技术，不断开发新产品；2.广泛采用新工艺；3.多重显示仪表；4.提高安全性 5.操作简单化。
1.2 设计的任务和要求
1.2.1 设计的基本要求
采用单片机作为本系统的微处理器，通过A/D转换器将输入的模拟量转换为数字量，数据经过单片机处理后，再由单片机驱动显示器显示相应的电压值。单电源供电，转换速度快而且精度高。数字量经过处理后送到显示器。
目录
第一章 绪论 1
1.1 选题的背景意义和研究现状 1
1.1.1 选题的背景意义 1
1.1.2 数字电压表的概述 1
1.1.3 数字电压表发展概况 1
1.2 设计的任务和要求 2
1.2.1 设计的基本要求 2
1.2.2 本文所做的主要工作 2
第二章 系统的整体设计方案 4
2.1方案设计的基本思路 4
2.2 系统的方案设计 4
2.2.1单片机的选择 4
2.2.2 A/D转换模块的选择 4
2.2.3 显示模块的选择 5
2.2.4 键盘模块的选择 6
第三章 系统硬件电路设计 7
3.1 系统硬件设计框图 7
3.2 电源电路 7
3.3 AT89C51最小系统电路 8
3.3.1 主控芯片AT89C51简介 8
3.3.3 时钟电路 11
3.4 A/D转换电路 11
3.4.1 ICL7109芯片介绍 11
3.4.2 A/D转换电路 14
3.5 液晶显示模块 15
3.5.1 LCD1602介绍 15
3.5.2 LCD1602硬件接口电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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3.6 过压报警电路 16
3.7 键盘模块 17
3.7.1 复位按键 17
3.7.2 量程切换按键 17
3.7.3 报警值调整按键 18
第四章 基于单片机的数字电压表的软件设计 19
4.1 系统软件设计主程序流程图 19
4.2 ICL7109转换程序流程图 20
4.3 量程转换流程图 20
4.4 LCD1602程序流程图 21
4.5 键盘控制程序 22
4.6 中断函数 23
第五章 测试与调试 24
5.1 设计软件 24
5.1.1 51单片机开发软件keil介绍 24
5.1.2 仿真软件Proteus介绍 25
5.1.3 PCB设计软件Altium Designer介绍 25
5.2 软件调试 26
5.3 误差分析 28
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
附录1：数字电压表系统原理图 33
附录2：程序代码 34
绪论
1.1 选题的背景意义和研究现状
1.1.1 选题的背景意义
如今，数字电压表已成为提高工作效率和实现测量自动化不可缺少的仪表工具。数字化显示是当前仪器仪表发展的主要方向之一，由于单片机和数模转换器的发展使数字电压表进入了精密仪器测量领域。随着现代化技术的不断发展，数字电压表的功能变得越来越强大，种类也越来越多，适用范围也越来越广泛。数字电压表实现智能化也将是必然的趋势，这样不仅能提高数字电压表的测量准确度，而且能实现测量技术的自动化。数字电压表在原理和技术上和其它数字化仪器仪表也是相通的。数字电压表还可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表以及非电量的基于数字化的仪表，从而大大提高了测量技术工作人员的工作效率。
1.1.2 数字电压表的概述
数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，是采用现代数字化的测量技术,将连续的模拟量转换成为离散的数字形式并加以显示的电子测量仪表。数字电压表的控制核心单元是单片机，负责对转换的结果进行运算和处理。A/D转换器对输人模拟信号进行转换，测量精确度取决于A/D转换器的位数，选的的转换器位数越多，测量准确度越高。最后通过显示器显示数字电压值。
传统的指针式电压表功能简单、准确度低，读数容易产生误差，不能满足现代工业和科研需求[9]。采用数字电压表具有以下九大特点：1.抗干扰能力强；2. 精度高；3. 测量范围广；4.显示直观清晰，读数准确；5. 高集成度，功耗低；6. 测量速率快；7．扩展能力强；8.工作稳定。
1.1.3 数字电压表发展概况
自1952年数字电压表问世以来，经历了长期而又显著的改进过程。最初电压表是采用伺服步进电子管比较式，它的优点是准确度相对传统比较高，但是采样速率较慢，一个伺服步进电子管电压表重达几十公斤。接下来出现的是谐波式电压表，在速度方面略有提高，但是它的准确度低，稳定性也达不到要求。再后来，采用逐次渐进式结构的比较式仪表，这样不仅保持了以前准确度高的优点，而且在转换速度方面也有了显著的提高。但它的缺点就是很容易受到外界因素的影响，抗干扰能力差。紧接着，通过在谐波式的基础上改进了阶梯波式，成本得以显著降低，但在准确度，速度及抗干扰能力上都未能提高[2]。
经过不断地发明和改进，如今数字电压表技术发展已经相当成熟。就体积看，它从庞大的电子管结构发展到集成电路；从原理来说，它从原来的比较式原理已经发展到多种测量转换原理；在功能上讲，它从可以测量单一的参数发展到可以测量多种参数；在准确度上，数字电压表测量精度可以达到1NV，读数速度已经达到每秒数万次，准确度也有了巨大的提高。在成本上，相对以前昂贵的价格也有了显著的降低。
随着现代化和智能化技术的发展，新型数字仪表有5个主要的发展趋向：1.广泛采用新技术，不断开发新产品；2.广泛采用新工艺；3.多重显示仪表；4.提高安全性 5.操作简单化。
1.2 设计的任务和要求
1.2.1 设计的基本要求
采用单片机作为本系统的微处理器，通过A/D转换器将输入的模拟量转换为数字量，数据经过单片机处理后，再由单片机驱动显示器显示相应的电压值。单电源供电，转换速度快而且精度高。数字量经过处理后送到显示器。
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