基于单片机的数字电压表设计与仿真

摘要：由于纯硬件数字电压表结构复杂，测量精度低，价格高，而在日常使用中，使用频率高，导致万用表经常损坏，故障率高，给使用和维修带来很多不便。为了设计一种高精度数字电压表，采用AT89C52单片机和ADC0809模／数转换相结合的方法，做了大量Proteus仿真实验，获得了普通纯硬件数字电压表无法达到的测量效果。实验结果证明，使用软硬件相结合设计的数字电压表，具有结构简单，测量精度高，故障率低等功能。
关键词：数字电压表；测量精度；AT89C52；ADC0809

0 引言
    在电子测量中，电压值的测量显得尤其重要。然而测量电压的仪表很多，有各种类型和款式的数字电压表，它们大多数都是采用传统的纯硬件电路设计的，由于结构复杂、测量精度低、日后维修麻烦、成本高等缺点，因此，木文设计了一种数字电压表，采用软件和硬件相结合的设计模式，利用单片机和A／D转换，对现场电压进行采集和测量，可以实现测量数据的传递，又可借助PC进行测量数据的处理。所以，这种类型的数字电压表具有结构简单、精度高、维护方便、成本低、故障率低等优点，无论在功能和实际应用上都具有传统数字电压表无法比拟的优点，使得它的开发和应用都具有良好的前景。

1 系统硬件电路构成
    本设计硬件电路大体可分为单片机最小系统电路、稳压电路、A／D转换电路及数码显示电路，其原理图如图1所示，由于单片机具有体积小、重量轻、价格便宜、控制灵活等特点，所以本系统采用AT89C52单片机作为控制核心器件，ADC0809作为模拟信号转换为数字信号用。

    ADC0809是8位的模／数转换芯片，片内有8路模拟选通开关以及相应的通道锁存译码电路，转换时间大约为100μs左右。在电路应用中，首先要指定ADC0809的数据通道，当外部电压进入芯片后，STATR信号由高到低，在脉冲的下降沿ADC0809开始转换，同时管脚EOC电平变低，表示转换正在进行，转换完成之后，管脚EOC的电平变高，表示一次转换结束。

2 系统软件实现与主程序流程
    软件采用单片机C语言编写，C语言具有通俗易懂、修改方便、语句简单等优点，本设计通过ADC0809把直流电压(模拟量)转换为数字量再通过AT89C52单片机进行数据处理，通过数码管显示。主程序一开始进行初始化，设置并启动A／D转换以及键盘扫描，检测是否有键按下，并分析。当有按键按下，通道数加一，并在第一位数码管上显示当前的通道数，然后调用显示子程序，在数码管上显示当前的电压值，主
程序流程图如图2所示。

3 A／D转换子程序
    A／D转换子程序用来控制对输入的模拟电压信号进行采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元，驱动数码管进行显示，流程图如图3所示。

4 系统程序代码和实验数据
4．1 部分源代码
    部分源代码如下：
   
4．2 实验测试数据
    实验测试数据如表1所示。

    表1中电压值由直流稳压电源提供，输入电压值均为数字万用表读数，测量值均为设计样品数码管显示值。数据真实可靠，达到预期效果。

5 Proteus仿真结果
    在Proteus仿真软件下得出的结果如图4所示。

    对该样品随机测试9个电压值，仿真结果与输入电压实际值非常接近，图示为输入电压值为3．75 V时，仿真结果为3．74 V，绝对误差为0．01 V，达到设计要求。

6 结语
    上述实验方案证明，采用单片机设计数字电压表是可行的，其显示偏差可以通过校正ADC0809的基准参考电压来解决，或用软件编程来校正其测量值。在设计过程中通过Proteus仿真软件的调试，电路简单，具有成本低，精度高，速度快和性能稳定等特点。
    实践证明，该仪表的各项指标都能达到预期效果，在仪器仪表中采用软硬件相结合的方式，使电路大为简化，充分体现了单片机应用的灵活性和实用性．具有一定的实用价值。