智能数字电压表

1 目 录 一论 文 摘 要...........................................2 二 设计要求 .............................................. 3 功能要求 ............................................................................................................................. 3 主要技术指示 ..................................................................................................................... 3 三 方案论证与选择………………………………………………………………………4 四 系统原理及基本框图 ..................................... 5 （一）电源设计 ................................................................................................................. 5 （二）AT89C51单片机 ...................................................................................................... 6 （三）A/D转换芯片 .......................................................................................................... 7

五.软件设计 ............................................. 12 （一）主程序流程图: ..................................................................................................... 14 （二）开机自检 ............................................................................................................... 14 （三）ROM自检流程图: .................................................................................................. 15 （四）显示子程序: ......................................................................................................... 16 （五）A/D中断服务: ...................................................................................................... 17

五、程序清单 ............................................ 18 （一）主程序 ................................................................................................................... 18 （二）ROM自检 ................................................................................................................ 19 （三）RAM自检 ............................................................................................................. 20 （四） 输入通道自检 ..................................................................................................... 21 （五）LED显示自检 ........................................................................................................ 21 （六）显示子程序 ........................................................................................................... 23 （七）A/D中断……………………………………………………………………………………….24 六元器件清单………………………………………………………………………………26 七 系统评估…………………………………………………………………………………27 设计总结 ............................................... 28

参考文献 ............................................... 30 2

论 文 摘 要 在集总参数电路中，考虑到操作的安全性、方便性、准确性等因素，测量的主要参量是电压，电子电路的许多特性，如频率特性、调制度、非线性失真系数等都可以视为电压的派生量，各种电路的工作状态，如谐振、平衡、饱和、截止及动态范围等，通常都用电压的形式来反映。电子设备的各种控制、反馈信号也主要表现为电压量。因此电压测量是电子测量的最基本内容之一。本系统是利用AT89C51单片机的一种电压测量电路,该系统除了采用ICL7135高精度、双积分A/D转换电路外，还增设了超限报警电路。测量范围直流0~1000伏，交流0~750伏， LED数码管显示。正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了双积分电路的原理，AT89C51的特点，ICL7135的功能和应用。

关键词：数字电压表，AT89C51，ICL7135，双积分A/D转换器 3

一． 设计要求 （一）功能要求 （1） 能够测量各种波形交流电压的有效值； （2） 具有开机自检、自动量程转换功能； （3） 具有克服随机误差的数字滤波功能； （4） 使用220V交流电源,设置电源开关、源指示灯和电源保护功能。

（二）主要技术指示 （1） 直流电压量程200 mV、2V、20V、200V、1000V 交流电压量程为200 mV、2V、20V、200V、750V （2） 测量误差：≤ ±（0.5%(读数)+0.2%（满度值）) （3） 分辨率：100uV (最小量程) （4） 显示方式：四位LED数码管显示 （5） 输入阻抗：10MΩ （6） 带宽：10HZ ~100kHZ （7） 测量速度：2~3次/秒

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三 总体方案论证与选择 A 从功能要求看，系统功能并不复杂，单片机和专用真有效值转换芯片完全可以胜任主机的角色； B 从分辨率看，AD7135和MC14433均可满足要求； 分辨率=100u/750≈0.13u 采用双积分型A/D转换器，不需要采样保持器 这样，系统组成方案的雏形已经建立。 方案1

被测电压

本方案利用A/D转换原理将被测模拟量转换成数字量，并通过控制系统即单片机用数字方式显示测量结果 方案2

被测电压 输入电压

本方案采用双积分A/D转换器，使用时只需外接少量的元器件，配以译码驱动及LED

输入电路 A/D转换器 单片机 LED显示电路

键盘控制电路

电源电路

量程开关 A/D转换 基准参考电压 计数器 时钟源

七段译码驱动 数字显示 逻辑控制 5

数码管便可组成3位半的数字电压表。它由模拟电路和数字电路两部分组成，模拟部分包括转换式输入放大器、基准电压源和A/D转换电路。数字部分包括时钟源、计数器、译码驱动显示及逻辑控制。其中A/D转换、计数及控制是数字电压表的核心部件，其作用是将输入的模拟量转换为数字量，再通过译码驱动显示部件，将模拟量的数值显示出来 方案3

被测电压

本方案以专用真有效值转换芯片和A/D转换器为核心来设计数字电压表，设计简单易行，而且可靠性较高 以上三种方案比较而言，第一种方法比较常用，并且技术也比较成熟，技术方面均能达到设计要求。因此本设计采用方案一

三 系统原理及基本框图

（一）电源设计 由于单片机及所使用的芯片均为±5V直流供电，经过变压器将其变为低压交流电压，低压电压经过桥式全波整流变成直流电压，再经过双T电容滤波加集成稳压芯片（7805和7905）最终变成稳定的±5V直流电压。本电路还设计电路保护和电源指示灯。在使用数字电压表测量开关电源电路中的电压时，经常会由于人为疏忽出现意外情况。为维修时易发现故障所在。

量程开关 真有效值转换 A/D转换 LED数码管 电源部分