液晶顯示數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

摘要：在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)中，常常需要用數(shù)字電壓表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)送入到微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成計(jì)算、存儲(chǔ)、控制和顯示等功能。因此，設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的液晶顯示數(shù)字電壓表，其不僅能夠?qū)χ绷麟妷哼M(jìn)行測(cè)量，還可以方便地進(jìn)行量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、與計(jì)算機(jī)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(jī)為控制平臺(tái)，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了量程自動(dòng)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，具有很好的使用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表；單片機(jī)；量程自動(dòng)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(cè)量也變得越來越普遍，并且對(duì)測(cè)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(cè)量?jī)x器。數(shù)字電壓表(Digital Voltmeter)簡(jiǎn)稱DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)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(zhǔn)確，測(cè)量范圍廣，擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)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(jì)及原理
1．1 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)要求
數(shù)字電壓表的基本要求是在不降低測(cè)量精度的條件下實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮以下幾個(gè)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(duì)最大量程的上限和最小量程的下限的判斷能力。由于被測(cè)范圍較大，因此既要求在高待測(cè)量值輸入時(shí)不對(duì)小量程電路造成沖擊，又要求在超量程時(shí)對(duì)量程轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)輸入量程低于表內(nèi)的測(cè)量精度時(shí)，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(duì)是否超過最大量程能夠判斷，對(duì)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(jì)中，利用傳輸?shù)难訒r(shí)，對(duì)檔位進(jìn)行從關(guān)閉測(cè)量到最大量程檔位向低量程檔位逐級(jí)下降直至到適當(dāng)檔位的轉(zhuǎn)換，這樣就使得電路在測(cè)量完高待測(cè)量值后就能順利地進(jìn)行對(duì)最低待測(cè)量值的測(cè)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(cè)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(jì)
數(shù)字電壓表整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，主要分為微控制器、A／D轉(zhuǎn)換模塊、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換模塊、LCD液晶顯示模塊、串口通信模塊、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等部分來設(shè)計(jì)。主要用軟件編程的方式檢測(cè)輸入信號(hào)的大小來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 控制中心電路設(shè)計(jì)
控制中心整合處理各功能模塊，是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心。如圖2所示。控制中心微控制器采用的是AT89S52單片機(jī)，其對(duì)于多量程電路的測(cè)量有著不可比擬的性價(jià)比，而且操作簡(jiǎn)單，特別是與ADC0809構(gòu)成的電壓采集電路，反映時(shí)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(chǔ)器。