陈万勋，杨 顶，蒋小辉

（1.中国电建集团贵州工程有限公司，贵州 贵阳 550003；2.三峡大学 计算机与信息学院，湖北 宜昌 443002；3.三峡大学科技学院 机电系，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

基于单片机的数字电压表从传统的测量领域扩展到自动控制、通信及传感领域，具有很大的应用前景。随着单片机技术的发展和软件方功能的完善，使得的数字电压表具备读数直观准确、分辨率高、性能可靠稳定、扩展方便等优点，易实现网络化和智能化。

1 数字电压表的结构及特点

基于单片机的数字电压表包括硬件系统和软件系统。硬件系统结构主要包括单片机系统、信号采集及转换回路、显示回路、通信接口及功能回路，功能回路一般有过限报警、继电器输出等。软件系统主要包括数据采集处理、通信及功能程序。数字电压表按照其工作原理通常分成4种类型[1]：（1）比较式数字电压表，工作原理是被测试的电压和已经知道的基准电压对比，测量速度较快；（2）电压-时间变换式数字电压表，工作原理是被测的电压被转换为脉冲信号进行对比测量；（3）电压-频率变换式数字电压表，工作原理将被测电压转换为频率脉冲信号而直接测量；（4）复合式数字电压表，包含了上面3种模数转换的工作原理。数字电压表主要具有抗干扰能力强、可扩展性好、集成方便、能够与PC端进行通信和测量精度高5个优点。

2 系统的硬件设计

基于ATmega16单片机的智能型数字电压表硬件电路由单片机、模数转换器、显示电路、通信接口及键盘电路5个主体部分构成，如图1所示[2]。单片机采用ATmega16型单片机，设计其最小工作系统电路；模数转换器基于ADC模数转换模块，包括其工作电源回路；显示电路主要包括LED显示器及其与ATmega16型单片机P口之间的连接电路；通信接口主要采用基于RS485协议的9针RJ型接口，可与PC机之间直接通信；键盘电路主要由键盘矩阵和转换电路构成。

图1 基于ATmega16单片机的智能型数字电压表

3 软件系统

基于ATmega16单片机的智能型数字电压表的软件系统程序主要包括主程序、A/D转换子程序和中断显示程序，如图2所示。主程序包括初始化部分、调用A/D转换子程序、显示程序、通信程序和功能程序[3-4]。初始化的主要作用是上电时将系统输出置为低位。A/D转换子程序用于对多路输入模拟电压值进行模数转换。显示程序采用软中断功能，当输出处理完成后将程序中断，使电压值传输给LED进行显示。当输出处理完成后，将电压值通过基于RS485协议的9针RJ型接口传输至PC。功能程序由开发员根据工程需要实时开发。

图2 基于ATmega16单片机的智能型数字电压表工作流程

4 仿真与调试

根据图1设计电路，并利用Proteus进行仿真。通过电位器输入可变模拟量电压值与数字电压输出值对比测试，结果如表1所示。

当通过电位器输入2 V电压时，Proteus仿真结果如图3所示。

5 结 论

本文基于ATmega16单片机设计了一款智能型数字电压表，包括信号采集及转换回路、显示回路、通信接口及过限报警等功能回路和相应的软件程序，并基于Proteus设计相应的回路进行10组数据的测试及仿真。验证发现，它的精度满足要求，同时抗干扰能力强、可扩展性好、集成方便、易与PC机实现通信，整体应用价值较高。

表1 测试电压数据表

图3 2 V输入电压下的Proteus仿真图