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1. 研究目的与意义

数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟信量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，具有清晰直观，读数准确、扩展功能强等特点，这有别与传统的指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视觉差和视觉疲劳。 随着微机测量与控制技术的发展，以单片机为核心的电压表已占有很大的优势，设计主要是研制二路输入直流数字电压表，以单片机AT89C51为核心部件，具有实时显示测量值的功能，单片机体积小、重量轻、价格便宜，电路外围器件少，大大降低了成本。

本设计主要研究的是以51系列单片机为核心的电压测量系统，能够在单片机的控制下完成对电压信号采集，能够根据采样值进行毫伏值与伏值量程自动转换，采用4位半A/D转换器，并且测量结果可通过四个数码管显示出来，显示准确可靠，误差小。基本能够满足生产的要求。　　　另外由于本学院一些的实验室，如电工电子实验室，电路实验室的一些数字电压表已经损坏，如果本设计能够实现，可改进或者维修实验室的数字电压表。因此，本次设计具有非常实际的意义。

2. 国内外研究现状分析

在早期的电压测量中，使用的是指针式的电压表，它主要利用模拟方法测量数据并驱动指针读出标定数值，可是这种电压表功能单一、精度低，容易引起视差和视觉疲劳，不能满足现代测量的要求。 随着半导体技术、集成电路（ic）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的产生并快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表在1952年由美国nls公司首次创造，它刚开始是4位，60多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表是从电位差计的自动化过程中研制成功的。 数字电压表主要由a/d转换器、控制器、显示电路组成，辅以电源模块、输入电路、运算放大器等电路。而数字电压表的发展取决于内部核心部件的发展。 a/d转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。转换速率也是其中一个很重要的指标。按类型分为逐次比较式、积分式、并行比较式、改进型几种。随着对数据处理要求的提高，ad转换器也在向快速化、高精度化发展。开始是8位，现在陆续出现了10位、12位以及16位等。常见的有adc0809、ad574、mc14433等型号。

控制器从最早的采用继电器、电子管发展到全晶体管、集成电路、微处理器化，目前主要使用的包括微处理器、微控制器、dsp等。微处理器就是通用pc上对应的cpu，主要有power-pc、motorrola68000、及arm系列等。微控制器又称单片机，将cpu、存储器（ram、rom）、和其他外设封装在同一片集成电路里，常见的有8051系列。dsp主要用来对数字信号进行快速处理计算，用在数字滤波、fft、图像处理分析领域。控制器的发展趋向于更高集成化、更小型化、更快速化、更低功耗化、更多功能化。

显示器件从辉光数码管发展到等离子体管、led显示器、液晶显示器等。其中led显示器又有七段显示器和点阵显示器之分，七段显示器开始是4位数码显示，然后是5位、6位显示，而现在发展到7位、8位数码显示；可以显示数字和部分字符。点阵显示器显示的符号比前者更加逼真，字符数更加丰富，但接口电路和控制程序更复杂。现在在这方面国内外可供选择的显示模块非常多。

3. 研究的基本内容与计划

1）可以测量的电压范围为0~5v，分辨率为100uv；　2）可以自动的连续测量电压，测量速率为2次每秒；　3）测量的误差在0.1v，结合硬件电路图及相关电路参数计算进行误差分析；　4）结果显示方式：当前电压显示以及与上次电压差值显示； 5）数字电压表的软件程序编写。6）用语音装置实现电压报数

设计方案：本部分要针对上述研究内容阐述对应的方法。1、首先进行硬件电路大致方案(1) 复位电路(2)晶振电路(3)电源电路(4)语音电路(5)显示电路2、然后进行软件流程图流程说明：在电源开关闭合的时候，电源开通。单片机对系统进行初始化，初始化量程选最大量程，对模数转换芯片发送信号，做好随时转换的准备。初始化完毕后，首先对电压信号进行一次a/d转换，经单片机计算后选择合适量程，选择好合适的量程后，通过模拟开关重新输入电压信号，再次进行a/d转换，读取转换数据，经单片机计算后送显示器显示电压值。程序循环执行，不断采集实时数据。

实施计划： 3月30日前，查阅相关资料，收集信息。 4月份，绘制原理图，绘制电路板图。 5月份，焊接电路，编写程序实现其功能，检验并完善自己的设计作品。 6月份，按要求格式独立撰写毕业设计论文，准备论文答辩。

4. 研究创新点

(1)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。

(2)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。

(3)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。