關于單片機的數字電壓表設計的研究

摘 要：在電子應用領域，電壓表是必不可少的應用工具，其工作性能受到人們越來越多的關注與重視。傳統的電壓表設計復雜、精度低，逐漸被淘汰。基于單片機的數字電壓表以其強大的抗干擾能力、精度高、集成方便、擴展性強等優勢得到了廣泛應用。接下來，本文將結合筆者多年相關工作經驗，詳細論述單片機的數字電壓表設計。

關鍵詞：數字電壓表；電壓表；設計

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、設計方案

在本文研究中，AT89C51單片機是整個系統的關鍵部分，整體系統由衰減輸入電路、自動量程轉換、交直流轉換、模數控制與轉化、接口電路等部分組成。電壓經由衰減電路會轉化到0-0.5v電壓，AD736作為交直流轉換電路的芯片控制，LCL7135作為模數轉換控制器，LCD1601最為顯示模塊。該方案是由AT89C51單片機，LCL7135A/D轉換器、AD736AC-DC真有效值轉換器等組成。交直流電壓在0-500v范圍內，電壓綜合誤差在3%上下范圍內浮動。

二、硬件系統的設計

（一）硬件電路設計

硬件電路設計主要由七大部分組成：其中AT89C51單片機系統為主控模塊，然后由晶振電路、復位電路以及A/D轉換電路、LED驅動電路、LED顯示系統、測量電壓輸入電路來共同構成（如圖1）。

（二）真有效值轉換電路

在實際的電路運行過程中，會不可避免的受到非正弦波的影響，平均值轉換的傳統測量儀表存在較大誤差。為了更精密的測量交流電壓有效值，可通過真有效值轉換器，也就是直接把交流有效值轉化成直流有效值。該儀器的最大優點就是對各種電波形式進行有效測量。AD/73真有效值轉換器具有電源范圍寬、頻率好、速度快、靈敏性高等優點，綜合誤差低于4%。

（三）LCL7135A/D轉換器

LCL7135A/D轉換器是采用單片41/2位的轉換器，另附加數碼顯示器、譯碼器、電阻電容、驅動器等元件，就能組成2V的數字電壓表。單片機系統與LCL7135A/D轉換器直接連接，組成有效電路，通過并行采集方式，把B1輸出線、B2輸出線、B4輸出線、B8輸出線與單片機連接。P1.3與R/H相連，通過軟件將p1.3輸出正脈沖，啟動A/D轉換器會不斷輸出數據。

（四）電路接口

在本研究中，采用LCD液晶模塊顯示器，直接顯示采集電壓數據或系統狀態。AT89C51單片機直接與液晶顯示器相連。需注意以下幾個設計要點：①清屏，清平之后設計8位數接口數據，行數：1行，字型：5*7點陣。進行整體顯示設計，取消字體閃爍與光標，最后設置為不移位且正向增量。向LCD緩沖區中輸入字符，2字符數組形式，一個顯示電壓，一個顯示字符。需要顯示的數據或字符送到屏幕緩沖區中，延時2.5ms。

三、系統程序設計

進行系統軟件程序設計，重點在于如何控制LCL7137轉化數字輸入LCD顯示屏。完成主程序初始化之后，啟動A/D轉換并認真檢查檔位、數字顯示。一開始的主程序設置，需要設計70h的起始地址，并設計中斷寄存器，對LCL7135進行中斷計數。每隔五次之后清零，成功完成一次采集數據工作。之后設置STB斷口的中斷優先級別，并對顯示器進行一次性清屏處理，清空各個數據寄存器、指令的數值，在屏幕上不顯示字符。使用MOVP2，01H到DB7-DB0指令，調動ENABLE這個子程序。由于下降沿時，需要把內部資料輸送到RAM區域，因此，應該有一個延時子程序，使得下降沿時2.5ms。RAM有代碼后，需要對此進行清零處理，原有屏幕上的字符會被清除。緊接著設定1601功能，MOVP2，01111000B.子程序ENABLE子程序被調用，輸入CPU處理器中。若果在LCDM中輸入一條指令，就會調用ENABLE子程序一次，與此同時，設定顯示器的光標、字體閃爍。顯示器地址按照+1方式讀寫，再進行第一行字符設計，即80H地址。將Voltage字符的地址輸送到DPTR中，調用遠程查表指令，將數據一次輸入P2入口，接下來調用WRITE3這個子程序，設置LCD1601RS為1，會產生下降脈沖，并把獲得數據輸入寄存器，執行DISPLAY1這個子程序。

設計A/D中斷程序。LCL7135儀器每秒鐘進行12次采集數據服務工作，在每一次數據采集任務完成后，向CPU進行中斷申請。CPU暫停其他工作，進行中斷處理。在中斷響應之后進行中斷處理，并壓棧ACC、PSW，對首次中斷性質進行判斷。若為首次中斷，直接跳到next位置。若為二次中斷，則設置62H處，第三次中斷，設置63H處，第四次中斷，設置64H處，第五次中斷，則設置65H處。與此同時，將中斷儲存器30H中的數值清除，中斷完成之后，PSW、ACC出棧，并開中斷。

四、結語

綜上所述，本文充分利用AT89C51單片機的優勢，對數字電壓表設計進行了實例研究，其較好的抗干擾功能、自動調節的精度設計等等，使得輸出達到最佳效果，適用于電子系統的一般性電壓測量，適用性較強。

參考文獻：

[1]閻智義，王曉梅.提高數字電壓表穩定性的方法[J].長春工業大學學報：自然科學版，2011（13）.