一、開(kāi)題報告背景和意義
     智能儀器是儀器儀表的一種，近年來(lái)計算機技術(shù)及微電子器件在工程技術(shù)中應用十分廣泛，在此基礎上發(fā)展起來(lái)的智能儀表無(wú)論是在測量的準確性、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運用功能方面還是在解決測量技術(shù)與控制技術(shù)問(wèn)題的深度及廣度方面都有了很大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展示在人們的面前。數字電壓表是在此基礎上發(fā)展起來(lái)，并被廣泛的應用。數字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱(chēng)DVM，它是智能儀器中最常見(jiàn)的，是采用數字化測量技術(shù)，把連續的模擬量（直流輸入電壓）轉換成不連續、離散的數字形式并加以顯示的儀表。目前，由各種單片A/D 轉換器構成的數字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測試系統等領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴展而成的各種通用及專(zhuān)用數字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平數字電壓表的特點(diǎn)：顯示清晰直觀(guān)，讀數準確；傳統的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤(pán)進(jìn)行讀數，在讀數過(guò)程中不可避免地會(huì )引入人為的測量誤差（例如視差），并且容易造成視覺(jué)疲勞。數字電壓表則采用先進(jìn)的數顯技術(shù)，使測量結果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數現象，測量結果就是惟一的，不僅保證讀數的客觀(guān)性與準確性，還符合人們的讀數習慣，能縮短讀數和記錄的時(shí)間。通過(guò)這個(gè)設計制作我對數模轉換、單片機、信號放大、整形、電路顯示等方面知識得到了提升。通過(guò)實(shí)踐讓我的動(dòng)手能力得到了很大的提高；激發(fā)了我的創(chuàng )新能力。還有在書(shū)寫(xiě)畢業(yè)論文報告時(shí)我的撰寫(xiě)能力也隨之提高。
二、開(kāi)題報告任務(wù)的主要內容及存在問(wèn)題
本設計是基于89C51單片機的4位半直流數字電壓表設計的設計思路及實(shí)現方法。在設計中,將充分利用89C51單片機內部的高速計數器和以分立元件組成的A/D轉換器的優(yōu)良特性,使整個(gè)設計達到了比較滿(mǎn)意的效果。硬件設計由電源電路、信號采集電路、單片機系統、顯示電路等組成。這個(gè)設計是源于2008年浙江省電子設計競賽試題，開(kāi)題報告要求實(shí)現一個(gè)直流數字電壓表設計工作，主要難點(diǎn)在于系統的精確性要求很高。這個(gè)直流電壓表分成兩檔毫伏和伏。毫伏檔可以用來(lái)測量100毫伏以上的電壓，伏檔可以測10伏以下的電壓。電路涉及到了A/D的轉換、信號的采集、單片機的處理及LCD的顯示等等環(huán)節設計制作。
三、開(kāi)題報告任務(wù)實(shí)施的思路與方案
設計方案：
1、采用數字專(zhuān)用芯片。主要器件由芯片ICL7106和LCD組成，外加數據輸入電路，這種方法是目前數字萬(wàn)用表常用的測量電路，外圍電路簡(jiǎn)單。但是這種電路有一個(gè)缺點(diǎn)，就是他的參數一般是已經(jīng)設定好的，不容易更改。
2、對電壓進(jìn)行放大整形、然后采用高精度的AD芯片對其進(jìn)行測量。如采用MAX127對其進(jìn)行測量，然后采用軟件算法對其進(jìn)行數字濾波，提高系統的精度。
3、對電壓進(jìn)行放大整形、然后采用高精度的V/F轉換芯片－LM331，將該頻率送入單片機對其進(jìn)行測量。
直流電壓表（1）AD轉換電路；（2）LCD顯示電路；（3）電源電路；（4）單片機處理部分。
在單片機數據采集電路的設計中，做到了電路設計的最小化，即沒(méi)用任何附加邏輯器件做接口電路，實(shí)現了單片機對AD678轉換芯片的操作。AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC，由于其內部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內部時(shí)鐘和三態(tài)緩沖數據輸出等部件，所以只需要很少的外部元件就可以構成完整的數據采集系統，而且一次A/D轉換僅需要5ms。在電路應用中，AD678采用同步工作方式，12位數字量輸出采用8位操作模式，即12位轉換數字量采用兩次讀取的方式，先讀取其高8位，再讀取其低4位。根據時(shí)序關(guān)系，在芯片選擇/CS=0時(shí)，轉換端/SC由高到低變化一次，即可啟動(dòng)A/D轉換一次。再查詢(xún)轉換結束端/EOC，看轉換是否已經(jīng)結束，若結束則使輸出使能/OE變低，輸出有效。12位數字量的讀取則要控制高字節有效端/HBE，先讀取高字節，再讀取低字節。整個(gè)A/D操作大致如此，在實(shí)際開(kāi)發(fā)應用中調整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式，輸入電壓范圍是-5～+5V，根據公式Vx=10(V)/4096*Dx，即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉換后的12位數字量值。已具備條件
我學(xué)過(guò)的課程有《單片機應用技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》、《數字電子技術(shù)》、《電路基本分析》、《電子工藝》等等；我學(xué)過(guò)的相公軟件有Protel99se、Proteus 6、Easy_51Pro_v20、MEDWIN等。我具備了對51單片機的基本匯編能力，能對PCB板的繪制制作。我通過(guò)暑假參加2008年電子設計競賽對直流電壓表的設計制作過(guò)程有了一定的了解。MAX197這塊由美國MAXIM公司生產(chǎn)的多量程( ±10 V, ±5 V, 0～10 V, 0～5 V) 、8通道、12 位高精度的A/D 轉換器。它采用逐次逼近工作方式, 有標準的微機接口。三態(tài)數據I /O 口用做8 位數據總線(xiàn), 數據總線(xiàn)的時(shí)序與絕大多數通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS 電平兼容。新型A/D 轉換器芯片MAX197 與一般A/D 轉換器芯片相比, 具有極好的性能價(jià)格比, 僅需要一+5 V 供電, 且外圍電路簡(jiǎn)單, 可簡(jiǎn)化電路設計。

圖2 數字電壓表的電路圖
把一只標準數字萬(wàn)用表置于直流200mV檔與表頭IN輸入端并聯(lián)，調整“交直流電壓校準”旋鈕使表頭讀數與標準表讀數一致（允許誤差 0.5mV），200mV表頭即調整完畢