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摘 要：随着电子技术的不断发展，相应的对电子测量的相关工作的要求也逐渐增加，从而使越来越多的具有高精度和多测量功能的电子手段也相应的得到进一步发展。在对电子进行测量时，其中一项非常重要的工作就是对电压的测量，所以用于测量电压的仪表比较广泛且类型多样。这样就给数字电压表的设计带来众多的难题。数字电压表在传统的应用中一般采用纯硬件电路进行设计，其具有测量精度低、结构复杂、成本高等缺陷。并且后期维修比较复杂麻烦。因此通过不断的创新，利用各种先进的电子技术来有效的对单片机的数字电压表进行设计已经成为了广大工作人员需要不断去解决的问题。本文从数字电压表的特性开始分析，然后基于AT89C52的单片机进行数字电压表设计。希望可以为单片机数字电压表的设计提供优化借鉴。
关键词：单片机；数字电压表；特性和设计
单片机的数字电压表的主要是一种智能性的仪表，它可以通过和计算机的对接然后组成自动的检测系统。现今大多数采用的纯硬件数字电压表因为结构复杂，测量精度低以及成本高等缺陷，所以需要对其进行进一步的优化设计。因此为了完成高精度的数字电压表，我们运用AT89C52单片机的研究为核心，然后通过相关软件和硬件等进行设计，充分的利用单片机和A/D转换器等进行试验，通过这种方法可以准确的收集和处理现场的数据，然后实现数据的运行传递。同时还可以借助相关的PC等进行数据的实时处理。在进行单片机的数字电压表的设计时要重视模拟部分和数字部分的有效应用，模拟部分可以准确的把获取的电压转化成数字量并传给数字部分。数字部分的作用则是实现逻辑的控制运算以及数字译码和相关的数字现实等功能。因此要对各个方面进行优化设计。
一、数字电压表的特性
1.数字显示清晰准确
传统的单片机中一般采用模拟式的仪表，它要通过指针和刻度盘的走向来进行读数，这样或多或少的会使数据增添一些人为的测量误差。而数字电压表则通过将连续的模拟量转换成不连续的数字模式来显示数据的方式，使得测量的结果清晰准确，避免了人为读数的误差和视觉的误导等现象。
2.显示的位数范围较广
仪表的刻度盘的度数可以表现数据的整体范围，但是如果进行细分会因为视觉分辨率低而影响度数的读取。所以进行刻度的细分在整个刻度盘中是无法达到的，而运用数字电压表则可以进行深入的细分，现今数字电压表的显示位数有31/2、32/3、 41/2 、43/4 、61/2 、71/2、 81/2位等9种主要的形式。大大的丰富了数字电压表的应用范围和场合[1]。
3.分辨率较高
与传统的模拟式仪表相比，数字电压表最大的一项优势就是数字的分辨率较高，这是因为数字式电压表通常采用二进制的方法进行运算，并以离散计算为基础进行运算，这样可以在很大程度上提高数据的读取精度。分辨率的高低是影响仪表功能的关键性因素，也是衡量电压表优劣的一个重要性指标。因此数字电压表的应用将得到进一步的扩展。
4.速度快准确性高
数字电压表的内部多采用DSP芯片。这种芯片主要集成了浮点数运算，因此运算速度非常快，通常一定的模拟量通过数字电压表的内部进行运算只需要几毫秒就可以完成。进行运算时通常依赖于模拟转换器的转换速率，当转换器的转换速率越快所用的运算时间越短，因此数字电压表就是通过高速率的转换器来实现运算的高速运行。同时数字电压表的准确性较高，电压表的准确度可以从0.1-5.0中分为7个等级，而数字电压表则从0.0005-1.0之间分为11个等级，所以数字电压表具有高度的准确性。
5.抗干扰能力强
伴随着CMOS技术的发展，许多集成电路的相对功耗也相应减小，这样就可以在相同的芯片上集成更多的电路，这样就会促使仪表的功能更加完备。由A/D转换器所构成的数字电压表可以将串模的抑制比增加到100分贝，将共模的抑制比增加到120 分贝，因此可以将运算过程中的干扰信号进行减弱或消除。
二、单片机的数字电压表设计
1.数字电压表设计的主要任务
设计一个可以准确测量直流电压值在0-5v的数字电压表，然后将模拟的电压值转换成数字信号，其中要将测量的最小分辨率控制在0.02v。通过对模拟电压数据分析来观察ADC0809模拟所输入的电压值是否与相对应的相关数码管LED显示的数值保持一致。
2.设计的总体方案
首先利用A＼D转换器对电压值进行测量，然后将测量得到的数据与相关模量按照正比的关系，计算出相对应的模拟电压值，然后将所得模拟电压值通过显示器有效的显示出来，这样就相应的完成了电压的测量。在这之中等待测定的电压一共为8路，并且电压值的规定范围在0-5v之间，同时需要将测量的误差尽量控制在-0.02到+0.02之间。
3.对硬件系统的电路设计
对于硬件电路的设计可以综合考虑其构成要素然后进行分析设计，通常可以将硬件电路大体的分为三个方面：（1）单片机的最小系统电路，在进行设计时要保证单片机的最小系统进行正常的运行，所需要的外围硬件的具体组成有：单片机的主体，一定的电源，时钟和复位电路以及ROM。其中所要采用的晶振控制在12MHz，同时复位电路采用的方式为按键式。（2）数码管LED设计，我们所采用的是四位八段的共阳数码管来作为测试的整体显示，通过将数码管的阳极进行连接，可以给一个相对较高的电平，然后将数码管的阴极与ADC0809的数据输出端口进行相连，这样一旦ADC0809的输出端口输出的电平较低，数码管则会被点亮。（3）数模转换电路，运用ADC0809可以实现对转换通道内的模拟量的作用，在进行转化的前期，转换的EOC结束信号为低电平，当经过一段时间后，EOC转换输出为高电平，可以将转换的结果有效的存储在ADC0809的数据锁存器中，然后通过D0-D7将数据传输给单片机。其中电压表的硬件电路原理如图一所示[2]：
4.对软件系统的设计
数字电压表的软件系统有许多重要程序组成，这几个程序相互之间连接在一起，共同的推动数字电压表的运行。软件系统通常采用单片机的C语言来进行编写，运用C语言具有通俗易懂、修改方便的优势，通过ADC0809把单片机的直流电压装换成相应的数字量然后通过AT89C52对单片机进行数据处理。在这之中主要包括对A/D转换子程序的设计以及显示子程序的设计。具体的是指：（1）显示子程序的设计，数码管的LED要采用动态扫描的形式，对8路不同数据显示要通过相应的转换而变成十进制的BCD码，然后将BCD码放入数码管的数据缓冲区中。（2）A/D转换子程序设计，对ADC0809的主要8路通过输入电压的形式进行A/D转换，然后将转换后得到的数据放入到8个相应的存储单元当中然后在通过A/D转换程序来进行实现，同时在不同的时间段内对输入的电压进行采样。具体的A/D转换程序如图二（右图）所示：
结语：
通过具体的实践证明我们所采用的单片机的数字电压表设计是可行的，我们通过对数字电压表软硬件相结合的方式，对硬件电路和软件系统进行相应的设计，从而有效的简化原有的电路，增加数字电压表的精确性，从而有效的满足单片机应用的实用性和灵活性。为单片机的数字电压表的应用提供强大的技术支撑。
参考文献：
[1]杜江.单片机数字电压表的设计浅述[J].电子制作，2014，（8）：79-80.
[2]王清清.单片机数字电压表的设计[J].科技传播，2013，（21）：203-203，206.
[3]帅江华，李志宜.单片机数字电压表的设计与制作[J].电子世界，2013，（22）：17-17.
关键词：单片机；数字电压表；特性和设计
单片机的数字电压表的主要是一种智能性的仪表，它可以通过和计算机的对接然后组成自动的检测系统。现今大多数采用的纯硬件数字电压表因为结构复杂，测量精度低以及成本高等缺陷，所以需要对其进行进一步的优化设计。因此为了完成高精度的数字电压表，我们运用AT89C52单片机的研究为核心，然后通过相关软件和硬件等进行设计，充分的利用单片机和A/D转换器等进行试验，通过这种方法可以准确的收集和处理现场的数据，然后实现数据的运行传递。同时还可以借助相关的PC等进行数据的实时处理。在进行单片机的数字电压表的设计时要重视模拟部分和数字部分的有效应用，模拟部分可以准确的把获取的电压转化成数字量并传给数字部分。数字部分的作用则是实现逻辑的控制运算以及数字译码和相关的数字现实等功能。因此要对各个方面进行优化设计。
一、数字电压表的特性
1.数字显示清晰准确
传统的单片机中一般采用模拟式的仪表，它要通过指针和刻度盘的走向来进行读数，这样或多或少的会使数据增添一些人为的测量误差。而数字电压表则通过将连续的模拟量转换成不连续的数字模式来显示数据的方式，使得测量的结果清晰准确，避免了人为读数的误差和视觉的误导等现象。
2.显示的位数范围较广
仪表的刻度盘的度数可以表现数据的整体范围，但是如果进行细分会因为视觉分辨率低而影响度数的读取。所以进行刻度的细分在整个刻度盘中是无法达到的，而运用数字电压表则可以进行深入的细分，现今数字电压表的显示位数有31/2、32/3、 41/2 、43/4 、61/2 、71/2、 81/2位等9种主要的形式。大大的丰富了数字电压表的应用范围和场合[1]。
3.分辨率较高
与传统的模拟式仪表相比，数字电压表最大的一项优势就是数字的分辨率较高，这是因为数字式电压表通常采用二进制的方法进行运算，并以离散计算为基础进行运算，这样可以在很大程度上提高数据的读取精度。分辨率的高低是影响仪表功能的关键性因素，也是衡量电压表优劣的一个重要性指标。因此数字电压表的应用将得到进一步的扩展。
4.速度快准确性高
数字电压表的内部多采用DSP芯片。这种芯片主要集成了浮点数运算，因此运算速度非常快，通常一定的模拟量通过数字电压表的内部进行运算只需要几毫秒就可以完成。进行运算时通常依赖于模拟转换器的转换速率，当转换器的转换速率越快所用的运算时间越短，因此数字电压表就是通过高速率的转换器来实现运算的高速运行。同时数字电压表的准确性较高，电压表的准确度可以从0.1-5.0中分为7个等级，而数字电压表则从0.0005-1.0之间分为11个等级，所以数字电压表具有高度的准确性。
5.抗干扰能力强
伴随着CMOS技术的发展，许多集成电路的相对功耗也相应减小，这样就可以在相同的芯片上集成更多的电路，这样就会促使仪表的功能更加完备。由A/D转换器所构成的数字电压表可以将串模的抑制比增加到100分贝，将共模的抑制比增加到120 分贝，因此可以将运算过程中的干扰信号进行减弱或消除。
二、单片机的数字电压表设计
1.数字电压表设计的主要任务
设计一个可以准确测量直流电压值在0-5v的数字电压表，然后将模拟的电压值转换成数字信号，其中要将测量的最小分辨率控制在0.02v。通过对模拟电压数据分析来观察ADC0809模拟所输入的电压值是否与相对应的相关数码管LED显示的数值保持一致。
2.设计的总体方案
首先利用A＼D转换器对电压值进行测量，然后将测量得到的数据与相关模量按照正比的关系，计算出相对应的模拟电压值，然后将所得模拟电压值通过显示器有效的显示出来，这样就相应的完成了电压的测量。在这之中等待测定的电压一共为8路，并且电压值的规定范围在0-5v之间，同时需要将测量的误差尽量控制在-0.02到+0.02之间。
3.对硬件系统的电路设计
对于硬件电路的设计可以综合考虑其构成要素然后进行分析设计，通常可以将硬件电路大体的分为三个方面：（1）单片机的最小系统电路，在进行设计时要保证单片机的最小系统进行正常的运行，所需要的外围硬件的具体组成有：单片机的主体，一定的电源，时钟和复位电路以及ROM。其中所要采用的晶振控制在12MHz，同时复位电路采用的方式为按键式。（2）数码管LED设计，我们所采用的是四位八段的共阳数码管来作为测试的整体显示，通过将数码管的阳极进行连接，可以给一个相对较高的电平，然后将数码管的阴极与ADC0809的数据输出端口进行相连，这样一旦ADC0809的输出端口输出的电平较低，数码管则会被点亮。（3）数模转换电路，运用ADC0809可以实现对转换通道内的模拟量的作用，在进行转化的前期，转换的EOC结束信号为低电平，当经过一段时间后，EOC转换输出为高电平，可以将转换的结果有效的存储在ADC0809的数据锁存器中，然后通过D0-D7将数据传输给单片机。其中电压表的硬件电路原理如图一所示[2]：
4.对软件系统的设计
数字电压表的软件系统有许多重要程序组成，这几个程序相互之间连接在一起，共同的推动数字电压表的运行。软件系统通常采用单片机的C语言来进行编写，运用C语言具有通俗易懂、修改方便的优势，通过ADC0809把单片机的直流电压装换成相应的数字量然后通过AT89C52对单片机进行数据处理。在这之中主要包括对A/D转换子程序的设计以及显示子程序的设计。具体的是指：（1）显示子程序的设计，数码管的LED要采用动态扫描的形式，对8路不同数据显示要通过相应的转换而变成十进制的BCD码，然后将BCD码放入数码管的数据缓冲区中。（2）A/D转换子程序设计，对ADC0809的主要8路通过输入电压的形式进行A/D转换，然后将转换后得到的数据放入到8个相应的存储单元当中然后在通过A/D转换程序来进行实现，同时在不同的时间段内对输入的电压进行采样。具体的A/D转换程序如图二（右图）所示：
结语：
通过具体的实践证明我们所采用的单片机的数字电压表设计是可行的，我们通过对数字电压表软硬件相结合的方式，对硬件电路和软件系统进行相应的设计，从而有效的简化原有的电路，增加数字电压表的精确性，从而有效的满足单片机应用的实用性和灵活性。为单片机的数字电压表的应用提供强大的技术支撑。
参考文献：
[1]杜江.单片机数字电压表的设计浅述[J].电子制作，2014，（8）：79-80.
[2]王清清.单片机数字电压表的设计[J].科技传播，2013，（21）：203-203，206.
[3]帅江华，李志宜.单片机数字电压表的设计与制作[J].电子世界，2013，（22）：17-17.