在这个项目中，我将展示如何使用设计一个，并解释其工作原理。电压表是一种测量仪器，用于测量电网中两点之间的电压差。一般来说，有两种类型的电压表 - 一个是模拟电压表，另一个是。

在模拟电压表中，指针在刻度上移动以表示电压。在模数转换器的帮助下，直接以数字显示电压。这篇文章解释了如何用两种方法设计数字电压表：1）使用；2）使用IC L7017。

使用和电压传感器的数字电压表 图片1

使用8051单片机的数字电压表 

这个项目测量0V到25V的输入电压。在这里，输入电压应该是直流电压，以便在LCD上获得准确的输出。如果你应用交流电压作为输入，那么在LCD上会看到连续运行的数字，因为交流电压不断变化。

这个项目的主要部件是8051，一个电压传感器模块和一个ADC IC ADC0804。在这个项目中，我们使用模拟到数字的转换过程来显示电压。

模拟到数字的转换

在现实世界中，我们大多发现模拟数据。为了使用数字系统处理这些数据，我们需要将模拟数据转换为数字，这样微处理器或就能理解和处理这些数据。

物理量与数字系统的衔接

换能器： 换能器或传感器用于将物理量转换为电能。光敏电阻、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等都是传感器的例子。

ADC（模拟到数字转换器）： ADC将输入的电气电压转换为数字值。

数字系统：该系统读取输入的数字数据，并在LCD上显示物理量，以便理解。

这里的ADC IC根据输入的电电压生成输出的数字值。8051读取这个数字值并显示在LCD上。

使用8051单片机的数字电压表电路图

AT89C51微控制器

ADC0804集成电路

25V电压传感器

AT89C51编程板

可变电阻(用于演示程序)

直流适配器或电池

使用8051单片机的数字电压表电路设计

在上述电路中，模数转换器IC的数据位被连接到PORT2。LCD数据引脚连接到控制器的POTR3，控制引脚RS和EN分别连接到P1.6和P1.7。

ADC0804  

这是一个8位的模数转换器。该芯片使用逐次逼近法将模拟值转换为数字值。它只能接受一个模拟数据作为输入。这个IC的步长是通过改变引脚9的参考电压来改变的。如果这个引脚没有连接，VCC将是参考电压。

当步长为5V时，输入电压每上升19.53mV，输出就增加1个值。该芯片的转换时间取决于时钟源。

ADC特点

0到5V的模拟输入电压。

内置的时钟发生器。

差分式模拟输入。

可调节的参考电压。

下表显示了不同参考电压的不同步长。

在上面的电路图中，第9针（Vref/2）是开放的，所以输入电压跨度可以是0到5V。

步长 = Vref/(2 pow(n))

其中n是分辨率。对于ADC0804，分辨率n=8。数字输出可以用以下公式来计算

Dout = Vin/stepsize。

Vin - 模拟输入电压

 例如，假设模拟输入电压为4V，那么数字输出为Dout=4/19.53mV=204。

将模拟输入转换为数字输入的步骤

从PORT2读取ADC值。

#define dat P2

val=dat*0.02；

乘以100后，得到一个三位数的正整数值。

val1=val*100；

分开各个数字并在LCD上打印，包括小数点。

temp=(((val1/100)%10)+48);

display(temp)；

display('.')；

temp=(((val1/10)%10)+48);

display(temp)；

temp=((val1%10)+48)；

display(temp)；

电压传感器

电压传感器模块是一个简单的分压器网络，将ADC的模拟输入范围增加到25V左右。

将电压传感器与Arduino的电压传感器引脚连接起来

代码

数字电压表电路如何使用8051单片机工作？

首先将程序刻录到at89c51单片机上。

现在按照电路图给出连接。

在电压传感器的输入端连接一个电池或任何电压源。

确保最大的模拟输入电压应小于25V DC。

在电压传感器的输入端连接一个数字多用表。

现在打开电路板的电源。

现在观察LCD和数字多用表，两者都显示相同的电压（或非常相似的电压）。

如果可能的话，试着慢慢改变模拟输入电压。现在你可以观察到万用表和LCD显示相同的电压，这样我们就可以说电压表工作正常了。

关闭电路板上的电源。

数字电压表电路应用

该系统用于测量低电压应用中的电压。

用于测量玩具电池。

我们可以用这个系统测量物理量，如温度、湿度、气体等，只需稍加修改。

数字电压表电路的局限性

输入的模拟电压范围应该是0到5V。

使用这个系统，我们一次只能测量一个模拟输入值。

使用ICL7107的数字电压表电路

电压表也可以在不使用任何微控制器的情况下设计。以下是使用L7017集成电路的电压表电路

在这里，我们设计了一个模拟数字转换器，作为数字电压表使用，该转换器为低功耗的三位半A/D转换器ICL7107，具有内部7段解码器，显示驱动器，参考和时钟。

一个优点是这个IC可以直接驱动非复用的七段显示器，而不需要任何外部解码电路。该电路可以在200mV到2V的范围内测量电压，间隔为0.001V。

电路背后的原理

这个电路是基于使用ICL7107作为模拟到数字转换器的原理。整个操作分为两个阶段--模数转换和解码。

模拟到数字的转换是通过积分和参考积分的过程完成的。换句话说，首先对输入信号进行积分，使积分器的输出成为斜率信号，然后对一个相反极性的参考电压进行积分，使积分器的输出回到零。

然后用显示解码器对得到的数字代码进行解码，以驱动显示单元。

使用ICL7107的数字电压表电路图

如何设计数字电压表电路？

设计电路需要适当地选择以下的元件：

振荡电路元件的选择：  对于48KHz的典型振荡频率，振荡电阻被选择为100K左右，电容为100pF左右。

参考电容： 参考电容器的值被选择为0.1uF和1uF之间。这里我们选择一个0.5uF的电解质电容。

自动调零电容器： 自动调零电容器的选择要使其值在0.01uF和1uF之间。这里我们选择一个0.1uF的电容。

积分电容： 积分电容构成了积分电路的一个重要部分。其值由积分周期t、最佳积分电流I和积分电压Vint决定。对于83mSec的时间周期，4uA的电流和2V的电压，电容的价值被认为是大约0.16uF。这里选择一个0.22uF的电容。

积分电阻： 这个电阻的值是由满刻度模拟输入电压和最佳积分电流决定的。我们选择一个500K的电阻，满刻度的输入电压为2V。

如何操作数字电压表电路？

该IC由一个+/-5V的双电源供电。一旦电路通电，通过调整参考电阻来设置参考信号。参考电压需要约为输入电压的一半。振荡元件--电阻和电容决定了该设备的振荡或时钟频率。

参考电容器被充电到参考电压。然后，一个反馈回路被关闭，为自动调零电容器充电，以便补偿电压的任何波动。随后，转换器将输入端的差分电压在一个固定的时间内进行积分，这样积分器的输出就是一个斜率信号。

然后，一个已知的参考电压被施加到积分器的输入端，并允许其斜升，直到积分器的输出变为零。输出回到零的时间与输入信号成正比，数字读数为：：

显示计数=（Vin/Vref）*1000。

下一个过程包括对数字计数进行解码，以产生一个七段兼容信号，从而驱动显示器。然后，数字输出被显示在复用的7段显示器上。

数字电压表电路的应用

该电路可用于数字万用表，提供测量电压的数字读数。

它可以用来测量交流和直流电压。

它可以用来测量物理量，如压力、温度、使用传感器电路和信号调节电路的压力。

它可以用于需要高精度和高分辨率的应用中。

数字电压表电路的局限性

它只能在低范围内测量电压。

使用的集成电路是CMOS器件，具有高度的静态性。

正负输入电压的参考电压不同会导致翻转误差，即共模误差。

使用2V的满刻度负输入电压有时会导致积分器的输出饱和。

LED驱动器的内部发热会导致性能下降。

参考温度系数、内部芯片耗散和封装热阻往往会增加噪声水平。