摘 要

随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而对电压测量的要求尤为突出。另一方面，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。 

V/F型A/D转换器是积分型的一种，被测电压Ux通过积分以后输出一线性变化的电压，控制一个振荡器，产生与被测电压成正比的频率值；再用数字频率计测量出电路的频率值，从而表示被测电压的大小。这种转换器具有良好的精度、线性和积分输入特性，抗干扰能力强，而且信号便于远传等特点。此外，它的应用电路简单，外围元件性能要求不高，对环境的适应能力强，与单片机的接口简单。 

本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上，利用单片机技术结合基于555定时器的V/F转换电路以及采用模拟开关CD4051构建了一个测量范围达0-20V且具有自动量程切换功能和过压保护的直流数字电压表。本文首先简要介绍了积分式数字电压表的主要组成部分及原理，然后详细介绍了硬件系统和软件系统的设计，并给出了硬件电路的各部分电路的设计及原理以及软件算法。

关键词：AT89C51、电压测量、V/F转换、CD4051

DESIGN on INTEGRAL DIGITAL VOLTMETER

ABSTRACT

With the development of electronical scientific technology, electronical measurement became a technic that everyone of engaging electronical had to master it. What’s more, the precision is higher and higher and, the function is more and more powerful, and voltage’s measurement is best important. At the same time as the rapid development of microelectronics technology and the emergence of ultra-large-scale integrated circuits ,In particular the emergence of MCU, is causing the field of measurement and control instruments of the new technological revolution. 

    V/F-A/D converter is an integral, Ux measured voltage line through the points 

after the change in the output voltage, Control a oscillator, Produce With a measured voltage proportional to the frequency value; Use of digital frequency To measure the frequency of circuit, which said the size of the measured voltage. This converter has good accuracy,  linearity and integration of input, Strong anti-interference capability, but also signal for Far EasTone and so on. In addition, It's a simple application circuit, the external components of low performance requirements, the ability to adapt to the environment of strong, simple interface with the MCU.

  Primarily, I designed a Digital-Voltmeter use MCU technic with V/F conversion module and the introduction of analog switch CD4051 Construction of a measuring  range of 0-20 V and has a range automatic switching function and Over-voltage protection of DC-voltage digital form base on lots of predecessor design. This paper briefly introduced the integral digital voltage meter and the main component of the principle and then described in detail hardware and software systems design, and gives the various parts of the hardware circuit design principles and software algorithms.

Key words:AT89C51、voltage measurement、V/F conversion、CD4051

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.1.1 研究的目的 1

1.1.2 研究的意义 2

1.2 国内外研究概况 3

1.2.1 国外研究概况 3

1.2.2 国内研究概况 3

1.3 本设计的内容及实现功能 4

1.4 本章小结 4

第2章 积分式数字电压表的系统选型 5

2.1 积分式数字电压表的系统组成及原理描述 5

2.2 积分式数字电压表的系统模块选择 5

2.2.1主控模块选择 5

2.2.2 保护模块选择 6

2.2.3 V/F转换模块选择 6

2.2.4 显示模块选择 7

2.3 本章小结 7

第3章 积分式数字电压表的硬件电路设计 8

3.1 系统硬件的基本组成 8

3.2 单片机主控电路设计 8

3.2.1 AT89C51单片机简介 8

3.2.2 单片机最小系统及显示电路设计 9

3.3 分压电路设计 10

3.4 自动量程切换电路设计 11

3.4.1 基本原理 11

3.4.2 10倍运算放大电路 12

3.4.3 欠量程识别电路 13

3.4.3 换程控制电路 14

3.4.4 自动量程切换总电路 16

3.5 V/F转换电路设计 17

3.5.1 V/F转换原理介绍 17

3.5.2 基于555定时器的V/F转换电路 17

3.6 本章小结 19

第4章 积分式数字电压表的系统软件设计 20

4.1 系统软件流程简述 20

4.2 定时器中断服务程序 21

4.3 电压值计算子程序 21

4.4 显示子程序 22

4.5 本章小结 22

结 论 23

致 谢 24

参考文献 25

附录 26

附录一：总体电路原理图 26

附录二：总程序 27

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.1.1 研究的目的

近20年来，微电子技术、计算机技术、集成技术、网络技术等高新技术得到了迅猛发展。在这一背景下，对仪器仪表的精度和性能也提出了更高、更新、更多的要求，如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等。同时，诸多学科和技术的飞速发展也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力，成为仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。

新型的仪器仪表与元器件将朝着微型化、集成化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、自动化、专业化等方向发展。在这些发展方向中，占主导地位、起核心或关键的作用是微型化、网络化、虚拟化、数字化和智能化：