液晶顯示數(shù)字電壓表的設(shè)計

摘要：在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，常常需要用數(shù)字電壓表進行現(xiàn)場檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入到微計算機系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制和顯示等功能。因此，設(shè)計了一種實用的液晶顯示數(shù)字電壓表，其不僅能夠?qū)χ绷麟妷哼M行測量，還可以方便地進行量程的自動轉(zhuǎn)換、與計算機通信等功能，并在液晶顯示器上顯示。該液晶顯示數(shù)字電壓表采用AT89S52單片機為控制平臺，重點設(shè)計了量程自動轉(zhuǎn)換、A／D轉(zhuǎn)換和液晶顯示等硬件功能電路和系統(tǒng)軟件。現(xiàn)場實驗顯示，該液晶顯示數(shù)字電壓表具有轉(zhuǎn)換速度快、可靠性高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，具有很好的使用價值。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表；單片機；量程自動轉(zhuǎn)換；A／D轉(zhuǎn)換器；液晶顯示

0 引言
隨著電子科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，電子測量也變得越來越普遍，并且對測量的功能要求也越來越高，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。與傳統(tǒng)的模擬式電壓表相比，具有顯示清晰直觀，讀數(shù)準確，測量范圍廣，擴展能力強等優(yōu)點。液晶顯示數(shù)字電壓表是將連續(xù)的模擬量，如直流電壓，轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式，并在液晶顯示器上顯示出來，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。

1 數(shù)字電壓表的整體設(shè)計及原理
1．1 數(shù)字電壓表的設(shè)計要求
數(shù)字電壓表的基本要求是在不降低測量精度的條件下實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。因此在設(shè)計電路時需要考慮以下幾個方面的要求：
(1)輸入值量程判斷器的要求
輸入值量程判斷器應(yīng)具備對最大量程的上限和最小量程的下限的判斷能力。由于被測范圍較大，因此既要求在高待測量值輸入時不對小量程電路造成沖擊，又要求在超量程時對量程轉(zhuǎn)換電路進行自動關(guān)閉。當(dāng)輸入量程低于表內(nèi)的測量精度時，也要求將量程選擇器關(guān)閉。所以，輸入值量程判斷器不僅對是否超過最大量程能夠判斷，對是否小于最小量程的精度也應(yīng)有判斷能力。
(2)電路安全要求
在本設(shè)計中，利用傳輸?shù)难訒r，對檔位進行從關(guān)閉測量到最大量程檔位向低量程檔位逐級下降直至到適當(dāng)檔位的轉(zhuǎn)換，這樣就使得電路在測量完高待測量值后就能順利地進行對最低待測量值的測量。
(3)成本及功耗問題
由于輸入值量程判斷器所判斷出的值不是用來測量，而是用于轉(zhuǎn)換量程檔位，所轉(zhuǎn)換出的數(shù)值不需要十分精確，故其電路功耗可按儀表需要選擇適當(dāng)?shù)男酒?br />1．2 電壓表的整體設(shè)計
數(shù)字電壓表整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，主要分為微控制器、A／D轉(zhuǎn)換模塊、量程自動轉(zhuǎn)換模塊、LCD液晶顯示模塊、串口通信模塊、時鐘電路和復(fù)位電路等部分來設(shè)計。主要用軟件編程的方式檢測輸入信號的大小來實現(xiàn)數(shù)字電壓表的量程自動轉(zhuǎn)換功能。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
2．1 控制中心電路設(shè)計
控制中心整合處理各功能模塊，是整個設(shè)計的核心。如圖2所示。控制中心微控制器采用的是AT89S52單片機，其對于多量程電路的測量有著不可比擬的性價比，而且操作簡單，特別是與ADC0809構(gòu)成的電壓采集電路，反映時間短，能夠有效地將模擬電壓數(shù)據(jù)在LCD上顯示出來。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。