2025【基于单片机的数字电压表设计8400字（论文）】.doc

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基于单片机的数字电压表设计

摘要

电压表是在电子测量中最为常见的测量仪器，随着科学技术的高速发展，在电子相关领域中对于测量手段的要求日益增加，相应的对于电压测量要求变得更为精准直观。数字电压表技术则充分满足了这一要求，突破了传统电压表的测量模式，拥有更为直观和精准的特性，采用数显技术极大的减少了因人为等其他不可抗因素而造成的电压测量误差，因此对于数字电压表的开发与研究对于国内外电子相关领域的研究测量都具有重要意义。

本设计拟选用单片机为核心，据此展开设计数字电压表，结合数模转换器、液晶显示器等模块，进一步完成和实现直流和交流电压的测量、不同量程的切换以及液晶显示测量结果等功能。

关键词：数字电压表；单片机；液晶显示；数模转换

目录

TOC\o1-2\u摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外发展现状及应用 1

1.3本文主要研究内容 2

1.4论文结构安排 2

第二章系统设计 3

2.1系统组成 3

2.2AT89C51单片机 3

第三章数字电压表设计 7

3.1A/D转换 7

3.2继电器 7

3.3自动换档 8

3.4复位电路 9

3.5显示电路 9

第四章系统仿真 11

4.1程序流程 11

4.2直流电压挡仿真 12

4.3交流电压挡仿真 12

4.4总体硬件设计图 13

第五章总结与展望 15

5.1总结 15

5.2展望 15

参考文献 17

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

数字电压表是指表面由指针变为数字的电压表，即装有模数转换器并能以十进制数字形式显示测量电压值的电子仪器[1]。

近年来，电子及相关领域对测量方法的要求越来越高，其中电压测量是最基础、最重要的工作。最初的设计的数值电压表通过伺服步进电子管来完成数值对比，其优势在于检测结果具有较高的准确性。但是，因为高频开关技术的不成熟，使得数字采样周期较长，装置整体重量过大，不利于携带。尽管研究人员在后续的研究中持续优化设计，不过检测精度、反应速度以及抗干扰方面的功能依旧不理想[2]。与传统电压表相比，基于单片机设计的数字电压表克服了测量精度低、成本高的缺点。它能以数字形式直接、准确地测量和显示被测模拟信号的具体值。实用性大大增强，具有测量精度高、扩展性强的技术优势。

1.1.2数字电压表设计的意义

就工业电子系统来说，电压、电流以及频率是经常需要检测的物理量。设计人员长期以来都在追求对上述物理量的精确测量。由于电子技术的不断成熟，对于相关物理量测量的精度提出了更高的要求且能够更为直观的显示出来。所以，数字电压表便应运而生，同时，它也是在进行系统设计时不可缺少的检测仪器。相比于指针式电压表，数字电压表的优势在于携带方便、读数简单、精度高、误差小等。能很好地满足实验研究的需要。尽管我国研究设计人员在数字电压表设计上进行了广泛的研究，且获得一系列的成果，然而在性能优化以及智能控制领域依旧需要进一步深入探究[3]。

1.2国内外发展现状及应用

1.2.1国内外发展现状

二十世纪六十年代，随着电气工业革命的持续开展，对于基础电气量测量精度要求越来越高。在此背景下，NLS企业在投入大量研发资源后，设计出初代数字电压表。第一代数值电压表包含四位数码管，随着研究设计的不断深入，相继设计出五位和六位显示的数字电压器，目前市面上能够买到的数值电压最高已达到八位数显。在相关技术的加持下，数字电压表由最初的单一类型发展到数十种类型，由检测单一物理量拓展至数十个物理；显示设备由最初辉光数码管升级成离子管、液晶显示器等。与大部分电气设备相类似，数字电压表的发展趋于集成化发展，体积和重量越来越小，性价比和性能越来越高，适用范围越来越广[4]。

设计之初，数字电压表数字属于一类伺服步进电子管比较小，其优势在于测量误差小，劣势在于采样周期长，重量大，携带和使用操作相对复杂。在此基础上设计出谐波电压表，其采样周期虽然有所缩短，不过测量误差大，稳定性不高。之后，通过对比仪对整体结构进行优化，一方面具有测量误差小的优势，一方面大幅度提升了采取频率，不过其劣势在于稳定性较差，极易受到外界的干扰。逐步式是以谐波式为基础设计得到的，虽然制作成本大大降低，然而在性能方面并没有出现任何改善。数值电压表相关技术发展至今，已建立起完整的理论体系，精度已经大大提高，读取速度可以达到每秒数万次[5]。

如今，世界上有许多类型和风格的数字电压表。此类数字电压表实现了传统数字电压表全方位的超越，促使新型数字电压表更具市场价值和开发潜力。

1.2.2应用范围

目前，数