2.硬件设计

硬件电路设计由4个部分组成：a/d转换电路，at89c51单片机系统，led显示系统、测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。其总设计框图如下：

此电路的工作原理是：+5v模拟电压信号通过变阻器vr1分压后由adc08008的in0通道进入(由于使用的in0通道，所以 adda，addb，addc均接低电平)，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道d0-d7传送给at89c51芯片的p0 口，at89c51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码传送给四位led，同时它还通过其四位i/o口p2.0、 p2.1、p2.2、p2.3产生位选信号控制数码管的亮灭。

简易数字直流电压表的硬件电路已经设计完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用proteus软件绘制出硬件的原理，并仔细地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件配合，才能达到设计要求。

3.软件设计

根据模块的划分原则，将该程序划分初始化模块，a/d转换子程序和显示子程序，这三个程序模块构成了整个系统软件的主程序，如图2所示。

整个程序设计的核心在于对a/d转换的数据进行处理，包括数字滤波处理，数据小数位数的处理等。a/d转换子程序用来控制对输入的模块电压信号的采集测量，并将对应的数值存入相应的内存单元。

显示子程序采用动态扫描实现四位数码管的数值显示，在采用动态扫描显示方式时，要使得led显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频 率，当扫描频率在70hz左右时，能够产生比较好的显示效果，一般可以采用间隔10MS对led进行动态扫描一次，每一位led的显示时间为1MS。

本文的主要内容是电压表工作原理。很多朋友对电压表也只有了一个初步的了解，而电压表工作原理也是十分重要的内容。

电压表工作原理和电流表都是根据一个原理就是电流的磁效应制作的电流越大，所产生的磁力越大，表现出的就是电压表上的指针的摆幅越大，电压表内有一个磁铁和一个导线线圈，通过电流后，会使线圈产生磁场这样线圈通电后在磁铁的作用下会旋转，这就是电流表、电压表的表头部分。这个表头所能通过的电流很小，两端所能承受的电压也很小(肯定远小于1V，可能只有零点零几伏甚至更小)，为了能测量实际电路中的电压，需要给这个电压表串联一个比较大的电阻，做成电压表。这样，即使两端加上比较大的电压，可是大部分电压都作用在加的那个大电阻上了，表头上的电压就会很小了。电压表是一种内部电阻很大的仪器，一般应该大于几千欧。由于电压表要与被测电阻并联，所以如果直接用灵敏电流计当电压表用，表中的电流过大，会烧坏电表，这时需要在电压表的内部电路中串联一个很大的电阻，这样改造后，当电压表再并联在电路中时，由于电阻的作用，加在电表两端的电压绝大部分都被这个串联的电阻分担了，所以通过电表的电流实际上很小，所以就可以正常使用了。直流电压表的符号要在V下加一个_，交流电压表的符号要再V下加一个波浪线“~”

本文的主要内容是电压表工作原理。很多朋友对电压表也只有了一个初步的了解，而电压表工作原理也是十分重要的内容。

电压表工作原理和电流表都是根据一个原理就是电流的磁效应制作的电流越大，所产生的磁力越大，表现出的就是电压表上的指针的摆幅越大，电压表内有一个磁铁和一个导线线圈，通过电流后，会使线圈产生磁场这样线圈通电后在磁铁的作用下会旋转，这就是电流表、电压表的表头部分。这个表头所能通过的电流很小，两端所能承受的电压也很小(肯定远小于1V，可能只有零点零几伏甚至更小)，为了能测量实际电路中的电压，需要给这个电压表串联一个比较大的电阻，做成电压表。这样，即使两端加上比较大的电压，可是大部分电压都作用在加的那个大电阻上了，表头上的电压就会很小了。电压表是一种内部电阻很大的仪器，一般应该大于几千欧。由于电压表要与被测电阻并联，所以如果直接用灵敏电流计当电压表用，表中的电流过大，会烧坏电表，这时需要在电压表的内部电路中串联一个很大的电阻，这样改造后，当电压表再并联在电路中时，由于电阻的作用，加在电表两端的电压绝大部分都被这个串联的电阻分担了，所以通过电表的电流实际上很小，所以就可以正常使用了。直流电压表的符号要在V下加一个_，交流电压表的符号要再V下加一个波浪线“~”

4.结果及误差分析

由于单片机at89c51为8位处理器，当输入电压为5.00v时，adc0808输出数据值为255(ffh)，因此单片机最高的数值分辨率为0.0196v(5/255)。这就决定了电压表的最高分辨率只能到0.0196v，从表1可看到，测试电压一般以0.01v的幅度变化。

当in0口输入电压值为13.5v时，显示结果下图所示。测量误差为0.1v。

从表1可以看出，简易数字电压表测得的值基本上比标准电压值偏大0-0.01v，这可以通过校正adc0808的基准电压来解决或者通过软件校准的方式来降低误差。因为该电压表设计时直接用5v的供电电源作为电压，所以电压可能有偏差。当要测量大于5v的电压时，可在输入口使用分压电阻，而程序中只 要将计算程序的除数进行调整就可以了。

从测试的数据看，其绝对误差均控制在1v以下，而相对误差均在1%以下，能够满足大部分场合应用的需要，如采用实验数据归纳的方法，将得出的数据绘制成曲线，再使用更为合理的算法，将得到更加准确的结果。

1.数字电压表的特点

数字电压表是将被测的电压模拟量自动转换成开关量，然后进行数字编码、译码，以数字形式显示出来的一种电测仪表，它具有如下主要特点:

准确度高:目前可达到10^-6数量级，因此用它代替直读仪表，可大大提高测量精度。

灵敏度高:一般可做到10微伏至1微伏，目前已有10^-9伏数量级的仪表。

输入阻抗高:一般可达1000兆欧以上，而且工作时零电流很小，一般可达10^-10安。

测量速度快:采样速度一般每秒种为几十次到上万次，甚至可达百万次。

读数准确:因是数字显示，所以读数准确，可以消除人为的读数误差。

使用方便用途广:开机预热预调后即可使用，可配接打印机自动记数.还可配接相应的转换器，用来测量交流电压、直流电流、电阻和温度等参量。

2.数字电压表的工作原理

数字电压表按工作原理可分为:比较式、斜波式、积分式和复合式等。这里只介绍具有代表性的逐次比较式的数字电压表的工作原理。图9-9为原理框图，它主要由程序控制线路、比较放大器、数码寄存器、数码网络及基准源等单元组成。各单元的作用如下:

程序控制线路:是实现整个仪表按一定节拍工作的逻辑线路。

数码寄存器:是暂时存放被测摸拟量大小的数码部件。

的电阻解码网络。

比较器:是一个电压幅度比较放大器，用以鉴别被测电压Ux与UN差值的极性。

基准源:是供给数码网络基准电压的，使数码网络输出与被测电压Ux相对的标准参考电压UN。

被测电压Ux在比较器.单元与电数码网络送来的标准参考电压UN相比较.其输出△<0时，说明权电压大. 应舍去，对应数码寄存器的状态为‘0'';当△>0时，说明权电压小，应保留，数码寄存器对应为"1’态。这样基准电压通过数码网络变成权电压.山高位到低位逐位回码比较，大者舍.小者留，逐次积累.逐步逼近，最后保留的权电压的总和即可近似等于Ux。数码寄存器所寄存的状态，就是被测电压摸拟量的相应数字量.经译码显示器显示出来。