论文总字数：13045字

摘 要

此次设计采用AT89C51单片机作为控制核心，以ADC0809为数据采样系统，实现被测电压的数据采样,通过LCD屏显示数值。测量电压的范围为0～220V（交流和直流），设计中将选用两个档位来测量交直流电压，当按下SW1按钮时测量直流电压，当按下SW按钮时测量交流电压。采用IN4007二极管作为整流元器件，测量交流电压。系统通过proteus仿真来测试其运行情况，经测试系统可以正常运行，然后制作出实物进行测试，基本可以达到设计的要求。

关键词：单片机，数字电压表，ADC0809，proteus仿真

Abstract：The design uses AT89C51 single-chip microcomputer as the control core, and ADC0809 is used as the data sampling system to realize the data sampling of the measured voltage and display the value through the LCD screen. The measurement voltage ranges from 0 to 220V (AC and DC). Two gears are used in the design to measure the AC and DC voltage. The DC voltage is measured when the SW1 button is pressed, and the AC voltage is measured when the SW button is pressed. The IN4007 diode is used as a rectifying component to measure the AC voltage.The system tests its operation through proteus simulation. After the test system can run normally, then the physical object is tested and the design requirements can be basically met.

Key words: SCM, digital voltmeter，ADC0809 , proteus simulation

目 录

1  绪论 4

1.1 课题研究的背景及意义 4

1.2 国内外研究现状和发展 4

1.3 研究内容 5

2 系统分析与设计方案 6

2.1 系统分析 6

2.2 系统总体方案设计 6

3  系统硬件电路设计 7

3.1 系统组成 7

3.2 AT89C51单片机的最小系统电路 8

3.3 显示电路 10

3.4 数模转换电路 10

3.5 测量电路 11

3.6 交直流量程转换 12

4 系统软件设计 12

5 数字电压表的proteus仿真 14

5.1 proteus仿真系统运行 15

5.2 交流仿真测试 16

5.3 直流仿真测试 17

5.4 仿真测试分析 18

总 结 20

参考文献 21

致 谢 22

附录：系统原理图及程序 23

附录一：系统原理图 23

附录二：程序 23

1   绪 论

1.1  课题研究的背景及意义

在现代化科技社会中数字电压表已经成为工业中不可缺少的仪器，对于提高自动化测量的工作效率起到了非常重要的作用。在今后的发展中，将会有越来越多类型的数字电压表（DVM）出现，功能将更加丰富。 智能数字仪器将是我们的选择，而这些智能数字仪器可以提高测量精度，并还能将测量逐渐向自动化发展，降低测量的难度，使得测量更加机器化，简单化，节约人力。还可以发展更多的数字测量仪器，例如温度计，重量计，湿度计等等，为我国的发展提供更多的便捷。

测量电路的参数的时候，最基本的参数是电压，电流和频率，最常用的就是电压。并且由于电子技术的不断进步，对于电压的精度要求也越来越高，那么DVM的功用也就体现出来，需要其精度更高。除此之外，数字测量仪器的精度较高，使用方便，屏幕分辨率高，抗干扰能力强，自动化程度高，用户比较倾向使用他们。由于用户的需求，数字电压表变发展了起来。但从基本原理来说，如今的数字电压表也是采用A/D转换的方法。数字电压表分为很多种，按照其工作原理大致分为：比较式，电压—时间变换式，积分式等。

1.2 国内外研究现状和发展            

数字电压表在20世纪50年代初出现，20世纪60年代后期发展迅速，出现了数字测量技术，基于此技术设计出了数字电压表，可以把连续不断的模拟量转换为离散的数字量，然后将这些数字量处理并通过LCD面板显示，方便我们读数。这种电子仪表之所以出现，一方面是由于电子计算机的应用推广到系统的自动控制信号的实验领域，提出了将各类要测量或控制量转变为数字量的需求，即用于实时控制和数据处理要求; 此外，工控机的发展推动了脉冲数字电路技术作为数字仪器的发展。因此，数字测量仪器的出现和发展与电子计算机的发展密切相关;另外，为了提高工业测量的工作效率，革新电子测量中的烦琐与陈旧方式，也推动了其高速发展。

目前为止，传统的模拟指针电压表已经不多见了，取而代之的是数字电压表在很多领域开始普及了起来，主要是因为传统的电压表功能不强，读数很容易出现误差而且不方便并且精度较低，和它比起来，基于单片机设计的数字电压表的优点显著，在功能上较为丰富，且能快速测量，易读，抗干扰能力强，扩展性强，已广泛应用于电子电气测量，工业自动化仪表，自动测量系统等领域。

数字电压表最初是一种伺服步进电子管，它的好处是精度高，但采样速度慢，体积为几十公斤。之后，出现一种谐波式的电压表，它的测速虽有提高但误差较大。接着又产生了逐次逼近结构比较式仪表，相比谐波式，它的精度较高，测速也提高了。但其抗干扰能力差，易被环境影响。之后，又出现了一种阶梯波式数字电压表，它是在谐波式的基础上改进的，这种在用途和功能上没有一点改进，仅仅是成本降低了。到目前为止，DVM的发展趋于完善了，现在的数字电压表能测的参数很丰富，不在是以前的单一参数；从制作的元器件看，已经从以前的元器件拼凑，发展到了集成电路，准确度提高了，精度已经达到1NV，读数速度达到每秒几万次，并且现在的价格比以前也低了很多。数字电压表广泛应用于电力电子、仪器和测量领域。有关此方面的资料有很多，便于使用者查询了解。
  如今的数字电压表种类繁多，其功用也很多，使用者可以放心使用。传统的电表只能在工作现场对产品手动量测，比较麻烦，且不能够满足当今工业自动化远程测量的要求，对于数据的分析也是束手无策。但是目前的可以自动化量测，操作者只需在工控机上下指令，便能实现自动测量，并且可以对数据进行分析。综上所述目前的电压表具有很好的发展前景，与传统电压表相比，优势很大。基于此背景下，本次设计还是比较有意义的，设计的数字电压表精度高，操作方便。

1.3 研究内容

本次设计的目标是设计一个基于单片机的数字电压表，以单片机系统作为控制系统，选择AT89C51作为单片机控制系统，其价格便宜，使用起来也很方便，并且效率很高。通过ADC0809转换芯片来将模拟量转换为数值，然后通过显示屏显示出来。该系统通过 5V电源供电，可以测量交流和直流电压，测量交流时，首先将输入高压交流电通过变压器降压，再通过四个两两并接的二极管进行桥式整流，再在电路中并接两个电容进行滤波，使得电压能够稳定。测量直流时通过电阻分压的方式测量。内容框架：第二章是关于元器件的选择，第三章是关于系统硬件的电路设计，第四章是描述系统软件的，第五章是系统的proteus仿真效果。数字电压表已经在测量和电气工程领域普及了，测量出来的数值的准确度由它的主要性能和技术指标所决定。

2 系统分析与设计方案

2.1 系统分析

该系统的工作原理简单，系统大致分为供电模块、单片机最小系统模块、测量模块和显示模块，其中单片机最小系统模块和测量模块比较重要。本次设计要求测量量程范围为0～220V（交流和直流），采用LCD液晶屏显示。

2.2 系统总体方案设计

2.2.1 方案设计的基本思路

此次设计主要由单片机系统和A/D转换模块组成，可以量测的范围是0V～220V的交流电压和直流电压，并通过显示屏进行显示。硬件电路有六个模块：电源供电模块、显示模块、下载接口模块、A/D转换模块、数据处理及控制模块和量测模块。下面是元器件的选型，通过设计的需求以及元器件的对比，来选择合适的元器件，达到系统可以正常运行的要求。

2.2.2 单片机的种类选择

本次设计将选择AT89C51单片机作为核心控制系统，来进行数据的处理。AT89C51是一个8位的单片机， 12MHZ晶振频率的晶振功能强大，可以满足设计的需求。实物如下图所示：

图2.1 AT89C51实物图

2.2.3 模数模块的种类选择

本次设计的模数转换芯片选用ADC0809，ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，分辨率为8位，有8个输入输出通道，可以输入的工作电压范围为0V～5V，转换工作的时间为100us。

2.2.4 显示屏的选择

此次设计将选用LCD1602液晶屏作为显示屏，LCD1602的显示容量为32个字符，芯片工作电压为4.5～5.5V，工作电流为2.0mA。相比于数码管显示屏，LCD1602的显示数据更加丰富，可以显示英文字符和汉字，实物如图2.2所示：

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