液晶显示数字电压表的设计

摘要：在现代检测技术中，常常需要用数字电压表进行现场检测，将检测到的数据送入到微计算机系统，完成计算、存储、控制和显示等功能。因此，设计了一种实用的液晶显示数字电压表，其不仅能够对直流电压进行测量，还可以方便地进行量程的自动转换、与计算机通信等功能，并在液晶显示器上显示。该液晶显示数字电压表采用AT89S52单片机为控制平台，重点设计了量程自动转换、A／D转换和液晶显示等硬件功能电路和系统软件。现场实验显示，该液晶显示数字电压表具有转换速度快、可靠性高、性能稳定等优点，具有很好的使用价值。
关键词：数字电压表；单片机；量程自动转换；A／D转换器；液晶显示

0 引言
随着电子科学技术的日益发展，电子测量也变得越来越普遍，并且对测量的功能要求也越来越高，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。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。与传统的模拟式电压表相比，具有显示清晰直观，读数准确，测量范围广，扩展能力强等优点。液晶显示数字电压表是将连续的模拟量，如直流电压，转换成不连续的离散的数字形式，并在液晶显示器上显示出来，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。

1 数字电压表的整体设计及原理
1．1 数字电压表的设计要求
数字电压表的基本要求是在不降低测量精度的条件下实现量程的自动转换。因此在设计电路时需要考虑以下几个方面的要求：
(1)输入值量程判断器的要求
输入值量程判断器应具备对最大量程的上限和最小量程的下限的判断能力。由于被测范围较大，因此既要求在高待测量值输入时不对小量程电路造成冲击，又要求在超量程时对量程转换电路进行自动关闭。当输入量程低于表内的测量精度时，也要求将量程选择器关闭。所以，输入值量程判断器不仅对是否超过最大量程能够判断，对是否小于最小量程的精度也应有判断能力。
(2)电路安全要求
在本设计中，利用传输的延时，对档位进行从关闭测量到最大量程档位向低量程档位逐级下降直至到适当档位的转换，这样就使得电路在测量完高待测量值后就能顺利地进行对最低待测量值的测量。
(3)成本及功耗问题
由于输入值量程判断器所判断出的值不是用来测量，而是用于转换量程档位，所转换出的数值不需要十分精确，故其电路功耗可按仪表需要选择适当的芯片。
1．2 电压表的整体设计
数字电压表整体结构设计如图1所示，主要分为微控制器、A／D转换模块、量程自动转换模块、LCD液晶显示模块、串口通信模块、时钟电路和复位电路等部分来设计。主要用软件编程的方式检测输入信号的大小来实现数字电压表的量程自动转换功能。

2 系统的硬件设计
2．1 控制中心电路设计
控制中心整合处理各功能模块，是整个设计的核心。如图2所示。控制中心微控制器采用的是AT89S52单片机，其对于多量程电路的测量有着不可比拟的性价比，而且操作简单，特别是与ADC0809构成的电压采集电路，反映时间短，能够有效地将模拟电压数据在LCD上显示出来。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。