双积分数字直流电压表

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数字电压表的概述

数字电压表的概述

数字电压表的概述数字电压表是一种用来测量电路中的电压的仪器。

它可以用来测量直流电压和交流电压,广泛应用于电子工程、电力工程、通信工程等领域。

数字电压表具有精确度高、测量范围广、操作简单等优点,成为现代电子测量仪器中不可或缺的一部分。

数字电压表的基本原理是将被测电压转换为与之成正比的电流或电荷,再通过电路进行放大和处理,最后将结果显示在数字显示屏上。

数字电压表的核心部件是模拟到数字转换器(ADC),它负责将模拟电压转换为数字信号,并传递给数字处理单元进行处理和显示。

数字电压表通常还配备了保护电路,以防止电压过高或过低对仪器造成损坏。

数字电压表具有很高的精确度,通常可以达到0.1%甚至更高的精度。

这意味着在测量电压时,数字电压表的误差非常小,可以提供可靠的测量结果。

数字电压表的测量范围也很广,可以覆盖几毫伏到几千伏的电压范围,满足不同应用场景的需求。

数字电压表操作简单,通常只需要将测量引线连接到被测电路的正负极,然后选择合适的量程和测量模式,即可进行测量。

数字电压表的显示屏通常会显示电压数值和量程单位,方便用户直观地读取测量结果。

一些高级的数字电压表还具有自动量程切换、数据记录、峰值保持等功能,进一步提高了测量的便利性和灵活性。

数字电压表的应用非常广泛。

在电子工程中,数字电压表被用来测量电路中各个节点的电压,以验证电路设计的正确性。

在电力工程中,数字电压表可以用来测量电力系统中的电压变化,以监测电网的稳定性。

在通信工程中,数字电压表可以用来测量通信设备中的电压信号,以确保通信质量的稳定性。

总的来说,数字电压表是一种精确、方便、实用的电子测量仪器。

它的出现极大地简化了电压测量的过程,提高了测量的准确性和效率。

数字电压表在各个领域都有着广泛的应用,为工程师和技术人员提供了强大的测量工具。

随着科技的不断发展,数字电压表也在不断创新和改进,将会有更多的功能和特性加入进来,进一步满足不同领域的测量需求。

高速积分式直流数字电压表

高速积分式直流数字电压表

器的输入端 ,进行 两次 方向相反的积 分,
积 分 时 间常 数 T R 。 = C ()过 零 比较 器 2
过 零比较器用来确 定积分器 的输 出
电压 V 0过 零 的时 刻 。 当 V ≥0时 , 较 O 比 器输 出 V c为低 电平 : 当 V < 0 0时 , c为 V
及 电网电压波动有较好的抑制性。
方波 , 占空 比 为 5 % : O 小 的 门信 号 。
路构成 的控制器对积 分 电路的积 分门限 和计数门限进行控制 , 并协调显示输出 电 压 值 。经 测试 , 电压 测 量精 度 可 达 到 00 0 伏 ,电压采集 的时 间分辨率可达 .0 1
到 01秒 , 且 对 环 境 温 度 、 . 并 电磁 干 扰 以
控 制 部分 原 理
电路工作过程 分为以下 4个阶段进
行:
( 积 分器 1 )
度, 提高 电压 采集 中的抗干扰性 能 , 设 本
计 采 用 基 于 数 字 电路 和 模 拟 电路 并 结 合 A 8 S 1 片机 的 系统 ,先通 过 两 片 运 T9 5 单
控制信号说明: A 、 0 A1 为 积 分 控 制 开 关 ,0通 ,1 1 0
F n 组成 n级计数器 , F 一1 对输入时钟脉冲
C P计 数 ,以便 把 与 输 入 电压 平 均 值 成 正
比的时间间隔转变成数字信号输 出。 当计
数到 2 n个 时 钟 脉 冲 时 ,F F 0一F n 1均 F一 回 到 0态 ,而 F n翻 转 到 1态 , = F Qn l后 开 关 S 从 位 置 A 转接 到 B 1 。 ()时钟 脉 冲 控 制 门 4
束, 计数停止。直接将十六进制转换 为十

双积分数字直流电压表

双积分数字直流电压表

积分式直流数字电压表摘要本双积分电压表系统以89C51单片机为核心、以分立元件制作的双积分型A/D转换器为主要部件的4位半积分式数字直流电压表,并对所设计的电压表进行了测试,结果测量误差≤±0.03%,精度达到4位半。

实现了自动量程转换功能,自动调零功能,有很好的实际应用价值。

关键词:单片机,双积分A/D转换器,自动调零,自动转换量程目录1 方案论证与比较 (1)1.1信号调理 (1)1.2处理器的选择与比较 (1)1.3积分器的选择与比较 (1)2 系统设计 (2)2.1总体设计 (2)2.2单元电路设计 (3)2.2.1 信号调理调理电路 (3)2.2.2 双积分电路设计 (4)2.2.3 基准源电路设计 (4)3 软件设计 (5)4系统测试 (5)5 结论 (6)参考文献: (6)附录: (7)附1:元器件明细表: (8)附2:仪器设备清单 (8)附3:电路图图纸 (9)附4:程序清单方案论证与比较1.1.1信号调理比较与选择方案一、信号经过缓冲器提高输入阻抗后经过低通滤波器后,然后由模拟开关选择信号放大与不放大,当信号大于200mv时不放大,小于200mv时经过仪表放大器进行放大。

方案二、信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力,信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰,然后经过低噪声,高精度运放放大。

方案论证:方案一对不同信号进行放大其电路复杂,当测量多个量程时放大电路的增益不一样,需多个放大电路成本很高,且用仪表放大器价格过于昂贵。

方案二通过统一衰减后在进行放大其电路简单调试方便。

所以采用方案二。

1.2 处理器的比较与选择STC单片机所特有的在线下载功能和其他公司的单片机不同,不是利用SPI进行在线编程,而是利用IAP功能,在系统运行时编程,因此,可以通过串口来对单片机进行编程。

其电路极为简单,只要所使用的单片机系统具有232串口通信功能即可。

数字电压表

数字电压表

教案首页A 、复习掌握三种模拟式交流电压表工作原理。

B 、新课数字电压表DVM数字电压表:直流数字电压表、交流数字电压表、数字万用表等(本章主要介绍直流数字电压表) 优点(与模拟相比):精度高、测量速度快、输入阻抗高、读数准确、抗干扰能力和抗过载能力强、便于实现测量过程自动化等。

2.3.1 DVM 的主要技术指标1.测量范围(量程、显示位数和超量程能力)(1)量程 表示电压表所能测量的最小和最大电压范围。

基本量程:不经衰减器和输入放大器的量程(测量误差最小的量程)。

通常为1V 或10 V ,也有的为2 V 或5 V 。

(2)位数 表示数字电压表精密程度的参数。

完整位:能够显示0 ~ 9这十个数码的位。

四位数字电压表:最大显示数字为9 999和19 999的数字电压表。

为了区别把19 999的数字电压表称为214位数字电压表。

(3)超量程能力 指DVM 所能测量的最大电压超过量值的能力,它是数字电压表的一个重要指标。

是否有超量程能力,要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。

典型例子无超量程能力:① 显示位数全是完整位的数字电压表。

② 带有21位的数字电压表,按2 V 、20 V 、200 V 分挡。

有超量程能力: ① 带有21位并以1V 、10 V 、100 V 分挡的数字电压表。

② 215位的数字电压表,在10 V 量程上,最大显示 9 V 电压,允许有100%的超量程。

提问讲解重点强调新授课③如果数字电压表最大显示为59 999,称为434位的数字电压表。

如量程按5 V 、50 V 、500 V 分挡,则允许有20超量程。

2.分辨力数字电压表能够显示输入电压最小变化值的能力,即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。

不同量程,分辨力不同。

量程越小,分辨力越高。

3.测量误差(只讨论固有误差) 在基准条件下的误差:)%%(m x U U U βα+±=∆式中 U x ——被测电压读数; U m ——该量程的满度值; α——误差的相对项系数; αU x ——读数误差,随被测电压而变化; β——误差的固定项系数; βU m ——满度误差,对于给定的量程,β U m 是不变的。

直流数字电压表的课程设计

直流数字电压表的课程设计

3 元器件的介绍· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5
3.1 课程设计器材和供参考选择的元器件· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 3.2 3 A/D 转换器 MC14433· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 2 3.3 MC14433 引脚功能说明· 8 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3.4 七段锁存—译码—驱动器 MC4511· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10 3.5 七路达林顿驱动器阵列 MC1413· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12 3.6 高精度低漂移能隙基准电源 MC1403· 12 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
5 课程设计报告结论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13

综合实验三 位直流数字电压表

综合实验三    位直流数字电压表

综合实验三213位直流数字电压表一、实验目的 1、了解双积分式A / D 转换器的工作原理2、熟悉213位A / D 转换器CC14433的性能及其引脚功能3、掌握用CC14433构成直流数字电压表的方法二、实验原理直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D 转换器,它首先将输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量,然后在这个时间宽度里用计数器计时,计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。

1、V -T 变换型双积分A / D 转换器图3-1是双积分ADC 的控制逻辑框图。

它由积分器(包括运算放大器A 1 和RC 积分网络)、过零比较器A 2,N 位二进制计数器,开关控制电路,门控电路,参考电压V R 与时钟脉冲源CP图3-1 双积分ADC 原理框图转换开始前,先将计数器清零,并通过控制电路使开关 S O 接通,将电容C 充分放电。

由于计数器进位输出Q C =0,控制电路使开关S 接通v i ,模拟电压与积分器接通,同时,门G 被封锁,计数器不工作。

积分器输出v A 线性下降,经零值比较器A 2 获得一方波v C ,打开门G ,计数器开始计数,当输入2n个时钟脉冲后t =T 1,各触发器输出端D n-1~D O 由111…1回到000…0,其进位输出Q C =1,作为定时控制信号,通过控制电路将开关S转换至基准电压源-V R ,积分器向相反方向积分,v A 开始线性上升,计数器重新从0开始计数,直到t =T 2,v A 下降到0,比较器输出的正方波结束,此时计数器中暂存二进制数字就是v i 相对应的二进制数码。

2、213位双积分A / D 转换器CC14433的性能特点 CC14433是CMOS 双积分式213位A / D 转换器,它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS 晶体管集成在一个硅芯片上,芯片有24只引脚,采用双列直插式,其引脚排列与功能如图18-2所示。

图3-2 CC14433引脚排列引脚功能说明:V AG (1脚):被测电压V X 和基准电压V R 的参考地V R (2脚):外接基准电压(2V 或200mV )输入端V X (3脚):被测电压输入端R 1(4脚)、R 1 /C 1(5脚)、C 1(6脚):外接积分阻容元件端C 1=0.1μf (聚酯薄膜电容器),R 1=470K Ω(2V 量程);R 1=27K Ω(200mV 量程)。

双斜积分式DVM的工作原理

双斜积分式DVM的工作原理

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一、本章内容
7. 能分析AC-DC转换器,R-U 转换器,I-U 转换器的 组成和工作过程。
8. 结合图4.4-2和图4.4-3,掌握电子计数式频率计的工 作原理,能详细分析工作过程。
9. 能详细分析测频方面的测量误差,包括: (1)量化误差——±1误差 (2)标准频率误差 10. 测量时间、相位的工作原理,能详细分析其测量误
电子测量与仪表( Electronic Measurement and Instruments )
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4.1 电压测量的数字化方法
由于DVM的灵敏度很高,因而对外部干扰的抑制 能力就成为保证它的高精度测量能力的重要因素。外 部干扰可分为串模干扰和共模干扰两种。
(1)串模干扰
串模干扰是指干扰电压Usm以串联形式与被测电压 Ux迭加后加到DVM输入端,见图4.1.2。
Uom正比于Ux。
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4.1.2 DVM的主要类型
(1) 双斜积分式DVM的工作原理
准备阶段(t0~t1)
采样阶段(t1~t2)
比较阶段(t2~t3):
“逻辑控制”使开关 S2( 或S3)闭合,其他开关 断开,基准信号UN(或UN,UN>0)送入积分器, 进行反向积分。同时,计 数器仍以T0为时钟计数。 至t3时,积分器输出uo2=0, 此时计数器的计数值为N2。
被测量转为 频率
被测量转为 数字
数字式仪表的结构框图
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4.1 电压测量的数字化方法

数字直流电压表

数字直流电压表

摘要本文介绍了用ADC0832集成电压转换芯片和ATC89C52单片机设计制作的数字直流电压表。

在测量仪器中,电压表是必须的,而且电压表的好坏直接影响到测量精度。

具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的电压表才能符合测量的要求。

为此,我们设计了数字电压表,该系统有三个部分:数据采集,数据处理和显示,终端接收,主要由ADC0832转换器和单片机ATC89C52构成,A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能,最后由译码器74LS164和LED数码显示器构成的显示部分来显示采集的电压值。

此设计通过调试完全满足设计的指标要求。

电路设计简单,设计制作方便有较强的实用性。

关键词:模数转换器ADC0832;单片机ATC89C52;数字电压表; 译码器74LS164;LED数码显示器摘要 (1)第一章电压表概述 (4)第二章总体方案设计 (6)2.1信号采集分析 (6)2.1.1信号采集 (6)2.1.2 A/D转换器的选取 (8)2.2控制与显示方法分析 (8)2.2.1单片机系统分析 (9)2.2.2显示分析 (10)2.3传输方式分析 (11)第三章系统硬件设计 (12)3.1单片机及外围电路的设计 (12)3.1.1 单片机的选择 (12)3.1.2复位和振荡电路的设计 (13)3.2数据采集电路 (14)3.2.1 A/D转换的一般步骤 (14)3.2.2 ADC0832内部功能与引脚介绍 (14)3.2.3 AT89C52单片机 (16)3.2.3 ADC0832与ATC89C52单片机的接口方法 (17)3.3 LED显示电路和译码器74LS164 (18)3.3.1 LED显示电路 (18)3.3.2 译码器74LS164 (18)3.3.3 LED与74LS164的接口方法 (19)3.4通信电路 (20)第四章系统软件设计 (22)4.1 数字电压表系统软件设计方案确定 (22)4.2数字电压表应用程序设计 (24)4.3 LED显示程序 (24)第五章总结 (26)参考文献 (27)附录A:硬件原理图 (28)附录B:源程序......................................... 错误!未定义书签。

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积分式直流数字电压表摘要本双积分电压表系统以89C51单片机为核心、以分立元件制作的双积分型A/D转换器为主要部件的4位半积分式数字直流电压表,并对所设计的电压表进行了测试,结果测量误差≤±0.03%,精度达到4位半。

实现了自动量程转换功能,自动调零功能,有很好的实际应用价值。

关键词:单片机,双积分A/D转换器,自动调零,自动转换量程目录1 方案论证与比较 (1)1.1信号调理 (1)1.2处理器的选择与比较 (1)1.3积分器的选择与比较 (1)2 系统设计 (2)2.1总体设计 (2)2.2单元电路设计 (3)2.2.1 信号调理调理电路 (3)2.2.2 双积分电路设计 (4)2.2.3 基准源电路设计 (4)3 软件设计 (5)4系统测试 (5)5 结论 (6)参考文献: (6)附录: (7)附1:元器件明细表: (8)附2:仪器设备清单 (8)附3:电路图图纸 (9)附4:程序清单方案论证与比较1.1.1信号调理比较与选择方案一、信号经过缓冲器提高输入阻抗后经过低通滤波器后,然后由模拟开关选择信号放大与不放大,当信号大于200mv时不放大,小于200mv时经过仪表放大器进行放大。

方案二、信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力,信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰,然后经过低噪声,高精度运放放大。

方案论证:方案一对不同信号进行放大其电路复杂,当测量多个量程时放大电路的增益不一样,需多个放大电路成本很高,且用仪表放大器价格过于昂贵。

方案二通过统一衰减后在进行放大其电路简单调试方便。

所以采用方案二。

1.2 处理器的比较与选择STC单片机所特有的在线下载功能和其他公司的单片机不同,不是利用SPI进行在线编程,而是利用IAP功能,在系统运行时编程,因此,可以通过串口来对单片机进行编程。

其电路极为简单,只要所使用的单片机系统具有232串口通信功能即可。

.工作宽温度范围,-40℃~85℃,在系统可编程,无需编程器,可远程升级,抗干扰强.价格低廉,所以采用了STC单片机.1.3积分器比较与选择方案一、采用双极性运放UA741,UA741为通用运放价格便宜,容易购买。

积分电容选择胆电容进行积分。

方案二、采用FET运放TL062,其漏电流小,电容选择独石电容。

方案论证:方案一ua741器基集电流大,失调电流大对积分产生影响,且胆电容的漏电流大也对积分产生一定影响,而方案二TL062为FET型输入阻抗高基集电流小且独石电容漏电流小。

所以才用方案二。

2系统设计2.1 总体设计本设计基于STC89C51单片机的4位半积分式直流数字电压表设计的设计思路及实现方法。

在设计中,充分利用了89C51单片机内部的高速计数器和以分立元件组成的双积分型A/D 转换器的优良特性,使整个设计达到了比较满意的效果。

硬件设计主要有双电源电路、信号采集电路、量程转换电路、开关逻辑控制电路、积分比较与自动回零电路、单片机系统、显示电路组成。

软件编程采用模块化结构,主要有时序子程序,系数运算子程序, BCD码转换子程序,自动量程转换子程序,显示子程序等组成。

信号经过电阻分压器统一衰减后,经过运放缓冲后在经过高精度,低噪声,失调电压小的运放OP37放大,开始先对信号进行积分,后开始对基准源进行反积分,然后经过单片机运算处理后有单片机显示。

信号衰减选择放大基准源VREF 逻辑选择积分比较和自动调零单片机处理液晶显示电源200mv比较器量程转换图一2.2 单元电路设计2.2.1 信号调理调理电路图二信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力,信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰,然后经过低噪声,高精度运放放大。

放大倍数可有可变电阻进行调整补偿。

2.2.2 双积分电路设计图三单片机通过对开关逻辑控制电路来控制双积分A/D转换,单片机先控制开关逻辑控制电路使s2接通进行自动回零,接着OUT2接通将待测电压进行正积分,再使Vref接通对反积分基准电压进行反积分,同时单片机内部计数器开始计数,到一定时间后比较电路中的比较电路输出中断信号,单片机停止计数并将计数值滤波,通过减法、乘法和除法的系数运算最后转换成BCD码,再通过显示电路将待测电压值显示出来。

A/D转换是在单片机和开关逻辑控制电路的控制下有条不紊地进行,全部过程可分三个阶段:(1)正积分:也称信号采集阶段。

在这个阶段,通过单片机对开关逻辑控制电路的控制对检测电压out2积分。

积分器的输出电压随时间线性地增加。

正积分时间由单片机控制,定时为T1,在T1结束时积分器的输出电压为: Vout(T1)=-1/C2*R9∫out2 (公式一)(2)反积分:也称计数阶段。

在这个阶段,通过单片机对开关逻辑控制电路的控制对基准电压ref积分。

经过T2时间后回到0,Vout2(T2)=Vout1+1/C2*R9∫Vref (公式二)T2=out2*T1/T2 (公式三)由此可以看出T2的大小取决于输入待测电压Vx的大小。

(3)自动回零:也称复位阶段,在该阶段,因反积分使比较器输出由高电平变成低电平,再由单片机控制开关逻辑控制电路动作,使VA导通,使得积分电容充分放大。

2.2.3 基准电压电路设计图四负电源电压采用高精度可编程稳压器件TL431产生,然后进过电源滤波。

在经过缓冲器进行隔离,以免后级电路对基准源产生负载影响,影响基准源的精度。

3 软件设计控制芯片为STC89C52,由于处理器速度较快,所以采用c 语言编程方便简单.软件流程如图下开始初始化自动调零N比较器低电平否Y定时60ms正向积分方向积分比较器低电平否停止积分量程转换系统运算显示结束电压表主流程图4系统测试电压测试数据(室温条件下)标准电压值自动量程选择实测电压值误差/﹪1.000mV 200mV档01.00mV 0 50.000mV 200mV档50.00mV 0 120.000mV档200mV 120.01mV 0.008 199.990mV档200mV 199.97mV -0.010.20020V 2V档0.2000V -0.011.25000V 2V档 1.2503V 0.024 1.98000V 2V档 1.9804V 0.020从标准稳压电源输出标准的待测电压,用5位半数字电压表作为校准设备,分别用5位半数字电压表和本电压表对待测电压进行测试,并对测试结果进行了比较,如表1所示。

测试结果表明,本电压表的测量误差≤±0.03%,精度达到4位半。

当测量199.990mV和0.20020V两组标准电压值时,本电压表进行了自动量程转换,由此表明本电压表具有200mV和2V两个量程并且可以实现自动量程转换功能。

5 结论由于系统架构设计合理,功能电路实现较好,系统性能优良、稳定,较好地达到了题目要求的各项指标。

参考文献:[1]《模拟电子线路基础》,吴运昌著,广州:华南理工大学出版社,2004年;[2]《数字电子技术基础》,阎石著,北京:高等教育出版社,1997年;[3]《单片机原理及应用》,李建忠著,西安:西安电子科技大学,2002年;[4]王剑铭,黄俊杰,宁彦卿.新颖实用的单片机双积分A/D转换电路和软件[J].郑州工业大学学报,2001;[5]李伟.一种高精度低成本A/D转换器的原理和实现[J].自动化仪表,2007;[6]冯文涛,于明鑫.单片机控制的高精度双积分ADC[J].辽宁师专学报,2004;附录:附1:元器件明细表:1、STC89C522、TL0623、OP374、1602液晶附2:仪器设备清单1、低频信号发生器2、数字万用表3、数字示波器4、稳压电源附3:电路图图纸整体电路图附4:程序清单/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////SW1 S1 S0 00 A4 Vin 11 A7 GND//SW2 S1 S0 10 A6 Vref 11 A7 GND 01 A5 Vin//SW3 S 0 导通 1 断开///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////#include <reg51.h>#include <intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCD_DATA P0 sbit LCD_RS = P2^4;sbit LCD_RW = P2^5;sbit LCD_EN = P2^6;sbit change_in = P3^0;sbit S2 = P3^1;sbit S3 = P3^2;sbit S4 = P3^4;sbit S5 = P3^5;//sbit S6 = P3^6;sbit P1_7 = P1^7;sbit cmp_in = P3^3;sbit P1_4 = P1^0;sbit P1_5 = P1^1;sbit P1_6 = P1^2; uchar compares_zero = 'a' ,first_integral = 'b',second_integral = 'c',discharge = 'd', Operation = 'e';//状态定义为校零第一次积分第二次积分电容放电运算uchar state;uint regser;uchar code dis1[] = {" current voltage"};uchar dis2[] = {" 00000 mv "}; uchar cnt=0;/*******************************************************************//*/* 延时子程序/*/*******************************************************************/ void delay(uint ms){uchar i;while(ms--){for(i = 0; i< 250; i++){_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}}} /*******************************************************************//*/*检查LCD忙状态/*lcd_busy为1时,忙,等待。

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