目录
1 概述............................................................................................................................................. 1
1.1数字电压表发展前景 ........................................................................................................ 1 1.2电路组成及工作原理 ........................................................................................................ 1 1.3档位自动切换电路 ............................................................................................................ 1 1.4 A/D转换电路 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.5 显示电路 ......................................................................................................................... 3 2 系统各部分的组成电路 ............................................................................................................. 4
2 .1 高精度程控放大电路 ................................................................................................. 4 2 .3 量程控制电路 ............................................................................................................. 5 2 .4 小数点切换电路 ......................................................................................................... 5 3 硬件电路的设计 ....................................................................................... 错误！未定义书签。 4软件设计........................................................................................................................................ 9
4.1主程序 .............................................................................................................................. 10 4.2 LED送显子程序 ............................................................................................................ 10 4.3 档位自动切换子程序 ................................................................................................... 15 5常见故障及其调查方法 .............................................................................................................. 16
5.1电压表的全部量程呈线性超差 ...................................................................................... 16 5.2量程呈非线性超差 .......................................................................................................... 16 5.3频响测量超差及其调整方法 .......................................................................................... 17 5.4使用注意事项 .................................................................................................................. 14 结束语 ............................................................................................................................................ 18 参考文献......................................................................................................................................... 20
1概述
1.1数字电压表的发展前景
数字电压表作为数字技术的成功应用发展相当快。数字电压表（Digital VoIt Me-ter，DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。特别是以A／D转换器为代表的集成电路为支柱，使DVM向着多功能化、小型化、智能化方向发展。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。
现代数字电压表按测量功能可分为直流数字电压表和交流数字电压表。数字电压表一般由模拟部分和数字部分组成，模拟部分主要功能是获取电压并将其转换为相应的数字量，数字部分完成逻辑控制、译码和显示等功能。数字电压表的核心是A/D转换器，由A/D转换器工作原理的不同，数字电压表又可分为逐次比较型和双积分型。
传统模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差，特别是受表头精度的限制，即使采用0.5级的高灵敏度表头，读测时的分辨力也只能达到半格。再者，模拟式电压表的输入阻抗不高，测高内阻源时精度明显下降。
本设计为克服以上缺点选用ICL7135芯片实现双积分A/D转换，提高精度， 它是一种四位半的双计分A/D转换器，具有精度高（精度相当于14位二进制数）、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本设计介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表的设计方案。
在当今的数字时代，从大到空间雷达，地球卫星定位系统，移动通信，计 算机，医用断层扫描设备，小到家用计算机，数码影像设备，数字录音笔，数码微波炉等设备中，数字技术与数字电路组成的数字系统已经成为这些现代电子系统的重要组成部分。数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期，一方面它开拓了电子测量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度、智能化、低成本的方向发展。此外，数字电压表在安装工艺、外观设计、安全性、可靠性等方面也在不断改进，日臻完善。
西安航空职业技术学院
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1.2电路组成及工作原理
本设计以单片机作为电路的核心部件,采用软件编程和硬件相结合的方式设计了一种量程可以自动切换且具有高清晰度显示的数字式直流电压表。其硬件电路简单,主要用软件编程的方式检测输入信号的大小来实现数字电压表的量程自动切换功能,在硬件电路上通过发光二极管来显示被测电压所选择的档位。输入的模拟电压通过A/D转换模块将其转换成数字电压,再通过软件编程的方式使其在LED数码显示器上显示出来,实现了数字电压表的数字显示功能。
电路的组成框图如图1-1所示,电路主要有档位自动切换电路、A/D转换电路,显示电路与单片机及其外围电路组成。
图1-1电路组成框图 1.3档位自动切换电路
利用电压衰减器、继电器与单片机软件编程相结合来实现电路的档位自动切换功能。该电路主要有四个档位,它们分别是2.5V、5.0V、10.0V和20.0V档。为了计算方便,本设计中A/D转换模块的VREF设定为2.55V,因此为了检测大于2.55V的直流电压,必须在输入端引入电压衰减器,将输入电压信号变换到0~2.55V之间,通过软件判断档位,在自动切换档位后将A/D转换模块得到的数值放大相同的倍数在LED数码显示器上通过动态扫描的方式显示电压衰减器的设计方案有两种,一种是用精密电阻构成的分压器,电路如图1-2(a)所示;另一种是利用多个电位器并联,调节各个电位器而得到衰减电压,再通过电位器的中间抽头输出衰减后的电压值,电路如图1-2(b)所示,该衰减器避免了前一种衰减器由于电阻精密性不高而引入的测量误差,因此,本电路设计选择图1-2(b)所示的电压衰减器。当被测电压Vx在0~20V范围内变化时,经过电压衰减器均可以把它转换为0~2.55V之间作为A/D转换电路的输入电压,再通过单片机编程来实现档位。
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(a) 精密电阻构成分压器 (b) 并联电位器
图1-2电压衰减器
1.4A/D转换电路
A/D转换电路主要利用ADC0809和单片机相连,根据ADC0809的时序图通过软件编程的方式启动A/D转换电路,实现A/D转换功能。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。带8个模拟量输入通道,有通道地址译码锁存器,输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方式,最大可调误差为±1LSB。ADC0809内部设有时钟电路,故CLK时钟需由外部输入,clk允许范围500kHz1MHz。START信号端的脉冲由单片机的P3.4产生启动ADC0809,由P3.6设置ADC0809有效,即P3.6为高电平时ADC0809有效,P3.7作为转换结束标志,转换结束P3.6变为低电平。通过软件实现了ADC0809的模数转换功能。
图1-3 A/D转换电路图
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1.5显示电路
显示电路主要由共阴极LED七段数码显示器和单片机的并行I/O口组成,单片机的P2口作为段码输出端口,P1口的低四位作为数码显示器的位码选通端子。实现测量结果的显示,具体电路如图3中所示
1.6时钟电路和复位电路
时钟电路由片外石英晶体、微调电容和单片机的内部电路组成。选用12MHz晶体,微调电容C1、C2采用30pF的瓷片电容,单片机的复位电路有开关复位和上电复位两种,本设计采用开关复位电路,电解电容C3=10μF,电阻R8=200Ω,R9=1kΩ,在单片机工作时复位电路中按键按下后单片机内各寄存器的值变为初始状态值。
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