陳萬(wàn)勛，楊 頂，蔣小輝

（1.中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550003；2.三峽大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，湖北 宜昌 443002；3.三峽大學(xué)科技學(xué)院 機(jī)電系，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表從傳統(tǒng)的測(cè)量領(lǐng)域擴(kuò)展到自動(dòng)控制、通信及傳感領(lǐng)域，具有很大的應(yīng)用前景。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和軟件方功能的完善，使得的數(shù)字電壓表具備讀數(shù)直觀準(zhǔn)確、分辨率高、性能可靠穩(wěn)定、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，易實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

1 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括單片機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換回路、顯示回路、通信接口及功能回路，功能回路一般有過限報(bào)警、繼電器輸出等。軟件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集處理、通信及功能程序。數(shù)字電壓表按照其工作原理通常分成4種類型[1]：（1）比較式數(shù)字電壓表，工作原理是被測(cè)試的電壓和已經(jīng)知道的基準(zhǔn)電壓對(duì)比，測(cè)量速度較快；（2）電壓-時(shí)間變換式數(shù)字電壓表，工作原理是被測(cè)的電壓被轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)比測(cè)量；（3）電壓-頻率變換式數(shù)字電壓表，工作原理將被測(cè)電壓轉(zhuǎn)換為頻率脈沖信號(hào)而直接測(cè)量；（4）復(fù)合式數(shù)字電壓表，包含了上面3種模數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理。數(shù)字電壓表主要具有抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、集成方便、能夠與PC端進(jìn)行通信和測(cè)量精度高5個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

基于ATmega16單片機(jī)的智能型數(shù)字電壓表硬件電路由單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示電路、通信接口及鍵盤電路5個(gè)主體部分構(gòu)成，如圖1所示[2]。單片機(jī)采用ATmega16型單片機(jī)，設(shè)計(jì)其最小工作系統(tǒng)電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換器基于ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，包括其工作電源回路；顯示電路主要包括LED顯示器及其與ATmega16型單片機(jī)P口之間的連接電路；通信接口主要采用基于RS485協(xié)議的9針RJ型接口，可與PC機(jī)之間直接通信；鍵盤電路主要由鍵盤矩陣和轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。

圖1 基于ATmega16單片機(jī)的智能型數(shù)字電壓表

3 軟件系統(tǒng)

基于ATmega16單片機(jī)的智能型數(shù)字電壓表的軟件系統(tǒng)程序主要包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序和中斷顯示程序，如圖2所示。主程序包括初始化部分、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序、顯示程序、通信程序和功能程序[3-4]。初始化的主要作用是上電時(shí)將系統(tǒng)輸出置為低位。A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對(duì)多路輸入模擬電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。顯示程序采用軟中斷功能，當(dāng)輸出處理完成后將程序中斷，使電壓值傳輸給LED進(jìn)行顯示。當(dāng)輸出處理完成后，將電壓值通過基于RS485協(xié)議的9針RJ型接口傳輸至PC。功能程序由開發(fā)員根據(jù)工程需要實(shí)時(shí)開發(fā)。

圖2 基于ATmega16單片機(jī)的智能型數(shù)字電壓表工作流程

4 仿真與調(diào)試

根據(jù)圖1設(shè)計(jì)電路，并利用Proteus進(jìn)行仿真。通過電位器輸入可變模擬量電壓值與數(shù)字電壓輸出值對(duì)比測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

當(dāng)通過電位器輸入2 V電壓時(shí)，Proteus仿真結(jié)果如圖3所示。

5 結(jié) 論

本文基于ATmega16單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款智能型數(shù)字電壓表，包括信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換回路、顯示回路、通信接口及過限報(bào)警等功能回路和相應(yīng)的軟件程序，并基于Proteus設(shè)計(jì)相應(yīng)的回路進(jìn)行10組數(shù)據(jù)的測(cè)試及仿真。驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，它的精度滿足要求，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、集成方便、易與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，整體應(yīng)用價(jià)值較高。

表1 測(cè)試電壓數(shù)據(jù)表

圖3 2 V輸入電壓下的Proteus仿真圖