专利名称：一种数字电压表及其测量方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，涉及ー种电压表，尤其涉及ー种数字电压表；同时，本发明还涉及上述数字电压表的測量方法。
背景技术：
数字电压表(Digital Voltmeter)简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能単一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性強、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电エ测量、エ业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出強大的生命力。与此同吋，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种数字电压表，具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低、智能化水平高的特点。此外，本发明还涉及ー种数字电压表的測量方法，具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低、智能化水平高的特点。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案—种数字电压表，所述数字电压表包括依次连接的输入电路模块、A/D转换模块、单片机处理模块、显示模块；所述输入电路模块将得到的模拟电压发送至A/D转换模块；所 述A/D转换模块将模拟电压转换为数字信号，将数字信号发送至单片机处理模块；所述单片机处理模块将处理得到的结果通过显示模块予以显示。作为本发明的一种优选方案，所述单片机处理模块包括单片机芯片、复位电路、时钟电路；复位电路、时钟电路分别与单片机芯片连接；单片机芯片的RST管脚提供了ー个外部复位信号输入口 ；复位信号设计为高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上；单片机芯片的工作时间基准由时钟电路提供，在单片机芯片的管脚XTALl和管脚XYAL2接一只晶振及两只电容，构成所述时钟电路，两只电容对振荡频率有微调作用。作为本发明的一种优选方案，所述模拟电压在ISIS 6 Professiona环境布图中经过滑动变阻器有不同分压。作为本发明的一种优选方案，所述A/D转换模块采用具有逐次逼近原理的ADC0808芯片，A/D转换模块程序设计使用Keil C51编程环境。作为本发明的一种优选方案，所述单片机处理模块采用AT89C51芯片，单片机处理模块程序设计使用Keil C51编程环境。作为本发明的一种优选方案，所述显示模块为LED显示模块，包括4个共阳的显示数码管；所述LED显示模块程序设计使用Keil C51编程环境。
ー种上述数字电压表的測量方法，所述方法包括如下步骤SI、设置初始值；S2、启动A/D转换模块进行A/D转换；S3、判断转换是否结束，若是转向步骤4，否则继续转换；S4、读取A/D转换結果；S5、调取查表偏移量的子程序进行查表；S6、调取显示子程序进行显示；S7、判断是否转完所有通道，若是转向步骤SI，否则转向步骤S2。 本发明的有益效果在干本发明提出的数字电压表，具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低、智能化水平高的特点。


图I是本发明数字电压表的组成示意图。图2是本发明数字电压表中的复位电路示意图。图3是本发明数字电压表中的时钟电路示意图。图4是AT89C51引脚示意图。图5是ADC0808弓丨脚示意图。图6是ADC0808内部结构示意图。图7是ADC0808转换流程示意图。图8是数字电压表主控制程序设计流程示意图。图9是A/D转换测量程序示意图。图10是显示程序的流程示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一请參阅图I，本发明掲示了 ー种数字电压表，所述数字电压表包括依次连接的输入电路模块1、A/D转换模块2、单片机处理模块3、LED显示模块4 ;所述输入电路模块I将得到的模拟电压发送至A/D转换模块2 ;所述A/D转换模块2将模拟电压转换为数字信号，将数字信号发送至单片机处理模块3 ;所述单片机处理模块3将处理得到的结果通过LED显示模块4予以显示。具体地，在模拟电压经过滑动变阻器切換到不同的分压电路后，送到A/D转换模块2进行A/D转换，然后送到单片机处理模块3中进行数据处理。处理后的数据，通过PO ロ传输送到LED显示模块4中显示。如图I所示，模拟电压是在ISIS 6 Professiona环境布图中经过滑动变阻器有不同分压，本实施例中采用的是8路分压，通过按键逐路选择八路通道中的一路或是循环显示；将该路某一路电压送入ADC0808相应通道，单片机软件设置ADC0808开始A/D转换，转换结束ADC0808的EOC端ロ产生高电平，同时将ADC0808的EO端ロ置为高电平，单片机将转换后结果存如片内RAM。系统调出计算子程序，将保存结果转化为0. 00-5. OOV分别保存在片内RAM ;系统调用显示子程序，将转化后数据查表，输出到LED显示电路，将相应电压显示出来，程序进入下一个循环。在本发明数字电压表的硬件设计中，包括单片机主电路设计、A/D转换模块电路设计和显示电路设计。单片机主电路设计包括复位电路和时钟电路的设计；单片机处理模块包括单片机芯片、复位电路、时钟电路。本实施例中，单片机芯片(即对模数转换后的数据进行处理的芯片)采用AT89C51芯片，AT89C51芯片是一种低电压、高性能的CMOS八位微处理器，具有很强的位寻址、位处理能力。AT89C51芯片的引脚请参阅图4所示。复位电路如图2所示，单片机芯片的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上，单片机的复位方式可由手动复位方式完成。时钟电路如图3所示，单片机芯片工作的时间基准是由时钟 电路提供的，在单片机芯片的XTALl和XYAL2两个管脚接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，电路中电容器C1和C2对振荡频率有微调作用，通常取(30±10)pF石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。本实施例中，单片机芯片为8位处理器，当输入电压为5. OOV时，输出数据值为255(FFH)，因此单片机最大的数值分辨率为0.0196V (5/255)。这决定了该电压表的最大分辨率(精度)达到O. 0196V。ADC0808的直流输入阻抗IM Ω，能满足一般的电压测试需要。另夕卜，经测试ADC0808可直接在2MHz的频率下工作，这样可省去分频器14024。A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。本实施例中，A/D转换模块使用ADC0808芯片，ADC0808芯片是采样分辨率为八位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。ADC0808芯片的引脚请参阅图5，ADC0808芯片的内部结构请参阅图6。逐次逼近型A/D转换模块属于直接型A/D转换模块，它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。A/D转换流程示意图如图7所示，本发明采用双积A/D转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单。在对转换精度要求较高，而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。此外，LED显示模块4由四个共阳的LED数码管构成。在本发明数字电压表的软件设计中，包括主控制程序设计、A/D转换测量程序设计和显示子程序设计。主控制程序设计流程请参阅图8，控制流程包括(1)设置初始值；(2)启动A/D转换模块进行A/D转换；(3)判断转换是否结束，若是转向步骤4，否则继续转换；
(4)读取A/D转换结果；(5)调取查表偏移量的子程序进行查表；(6)调取显示子程序进行显示；(7)判断是否转完一次八个通道，若是转向步骤1，否则转向步骤2。其中，主程序根据硬件电路编写相应的程序，实现电压的采集、转换、处理、显示几个功能，从而实现测量电压的效果。A/D转换测量程序设计流程请参阅图9，显示子程序设计流程请参阅图10。本发明要实现的功能有(I)可以测量O 5V范围内的8路直流电压值。(2)在4位LED数码管上轮流显示各路电压值或单路选择显示，其中3位LED数码管显示电压值，显示范围为O. OOV 5. 00V, I位LED数码管显示路数，8路分别为1_8。(3)测量最小分辨率为O. 02V。采用Keil uVision2编译器进行源程序编译及仿真调试，同时进行硬件电路板的设计制作，烧好程序后进行软硬件联调，最后进行端口电压的对比测试，要求测试对比中标准电压值采用数字万用表测得。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的特点还在于其软硬件的结合，在ISIS 6Professiona软件环境中进行结构布图，ISIS 6 Professiona软件是它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。它从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模 型支持8051、HClI、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。ISIS6 Professiona软件具有的功能原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真。本发明在Keil C51集成开发环境中进行单片机的编程设计，Keil C51集成开发环境主要由菜单栏、工具栏、源文件编辑窗口、工程窗口和输出窗口五部分组成。工具栏为一组快捷工具图标，主要包括基本文件工具栏、建造工具栏和调试工具栏，基本文件工具栏包括新建、打开、拷贝、粘贴等基本操作。建造工具栏主要包括文件编译、目标文件编译连接、所有目标文件编译连接、目标选项和一个目标选择窗口。调试工具栏位于最后，主要包括一些仿真调试源程序的基本操作，如单步、复位、全速运行等。在工具栏下面，默认有三个窗口。左边的工程窗口包含一个工程的目标(target)、组(group)和项目文件。右边为源文件编辑窗口，编辑窗口实质上就是一个文件编辑器，我们可以在这里对源文件进行编辑、修改、粘贴等。下边的为输出窗口，源文件编译之后的结果显示在输出窗口中，会出现通过或错误(包括错误类型及行号)的提示。如果通过则会生成“HEX”格式的目标文件，用于仿真或烧录芯片。完成软件方面的调试，再进行硬件方面的设计，本发明的优势在于利用软硬件结合，使设计结果更为直观、清晰。简易数字电压表与“标准”数字电压表测得的绝对误差应在O. 02V以内。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种数字电压表，其特征在于，所述数字电压表包括依次连接的输入电路模块、A/D转换模块、单片机处理模块、显示模块； 所述输入电路模块将得到的模拟电压发送至A/D转换模块； 所述A/D转换模块将模拟电压转换为数字信号，将数字信号发送至单片机处理模块； 所述单片机处理模块将处理得到的结果通过显示模块予以显示。
2.根据权利要求I所述的数字电压表，其特征在于 所述单片机处理模块包括单片机芯片、复位电路、时钟电路；复位电路、时钟电路分别与单片机芯片连接； 单片机芯片的RST管脚提供了一个外部复位信号输入口 ；复位信号设计为高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上； 单片机芯片的工作时间基准由时钟电路提供，在单片机芯片的管脚XTALl和管脚XYAL2接一只晶振及两只电容，构成所述时钟电路，两只电容对振荡频率有微调作用。
3.根据权利要求I所述的数字电压表，其特征在于 所述模拟电压在ISIS ePiOfessiona环境布图中经过滑动变阻器有不同分压。
4.根据权利要求I所述的数字电压表，其特征在于 所述A/D转换模块采用具有逐次逼近原理的ADC0808芯片，A/D转换模块程序设计使用Keil C51编程环境。
5.根据权利要求I所述的数字电压表，其特征在于 所述单片机处理模块采用AT89C51芯片，单片机处理模块程序设计使用Keil C51编程环境。
6.根据权利要求I所述的数字电压表，其特征在于 所述显示模块为LED显示模块，包括4个共阳的显示数码管；所述LED显示模块程序设计使用Keil C51编程环境。
7.—种权利要求I所述数字电压表的测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 .51、设置初始值； .52、启动A/D转换模块进行A/D转换； .53、判断转换是否结束，若是转向步骤4，否则继续转换； .54、读取A/D转换结果； . 55、调取查表偏移量的子程序进行查表； . 56、调取显示子程序进行显示； . 57、判断是否转完所有通道，若是转向步骤SI，否则转向步骤S2。
全文摘要
本发明揭示了一种数字电压表及其测量方法，所述数字电压表包括依次连接的输入电路模块、A/D转换模块、单片机处理模块、显示模块；所述输入电路模块将得到的模拟电压发送至A/D转换模块；所述A/D转换模块将模拟电压转换为数字信号，将数字信号发送至单片机处理模块；所述单片机处理模块将处理得到的结果通过显示模块予以显示。本发明提出的数字电压表及其测量方法，具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低、智能化水平高的特点。
文档编号G01R19/25GK102854376SQ20121037637
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者杜翠霞, 杨旭, 纪志超, 张云 申请人:上海理工大学