旧式的指针式电压表目前已不再适合大多数领域的测量电路。因为指针式电压表读数容易因为读数的角度不同而读出不同的数值，导致高误差，而且读出的数据非精确值误差非常大，同时它的功能单一只能测量某些简单电路。而基于单片机的数字电压表，不仅拥有以上所述的优点外，同时还可以与PC之间实时的通信。因而，当前对由各类单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全盘深刻的学习是很有必要的。

本文主要的研究内容是基于单片机的数字电压表设计，核心思想是通过A/D转换模块、数据处理模块、数据显示模块三个模块分工合作来实现电压表系统运行的全过程，从而最终完成电压的测量。

2 设计总体方案

2.1设计要求  

（1）设计一个基于单片机的直流数字电压表。

（2）选用1路模拟量电压信号输入，测量直流电压值，可测电压范围为0—5V。

（3）电压值用4--LED数码管显示，且读数能精确两位小数。 

（4）尽可能使用较少的元器件。 

2.2 设计思路  

（1）选用AT89C51芯片来完成数据处理和控制功能。

（2）A/D转换选用ADC0809芯片。

（3）将P1口的高四位引脚与P2口的高四位引脚同单片机接口。

（4）电压显示则选用4-LED数码管。

（5）LED数码的段码输入,由并行端口P0产生：位码输入，用并行端口P2低四位产生。

2.3 设计方案

硬件电路设计结构框图。如图2.1所示： 

图2.1 数字电压表系统的硬件设计框图

3 硬件电路设计

3.1  总体电路设计

基于单片机的数字电压表的设计原理图。如图3.1所示：

 数字电压电路图

由电路图可知，基于单片机的数字电压表的硬件电路主要由A/D转换芯片ADC0809、数据转换AT89C51、四位一体的LED数码管及复位电路和时钟电路组成。

此电路的工作原理为：+5V模拟电压信号通过变阻器VR1分压后由ADC08009IN0通道进入，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0-D7传送给AT89C51芯片的P1口，AT89C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码传送给四位LED，同时它还通过其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3产生位选信号控制数码管的亮灭。此外，AT89C51还控制ADC0809的工作。其中，单片机AT89C51通过定时器中断从P2.4输出方波，接到ADC0809的CLOCK,P2.6发正脉冲启动A/D转换，P2.5检测A/D转换是否完成，转换完成后，P2.7置高从P1口读取转换结果送给LED显示出来[3]。

3.2 A/D转换模块

在现实生活中，单片机的控制输出，一部分（与开关量有关）经过开关量输出通道，作用于执行机构；另外一部分（与模拟量有关）则经过模拟量输出通道，经过隔离、数/模转换、驱动，作用于执行机构。模拟量的输出通道主要由A/D转换完成。

A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，常用ADC表示。依据A/D转换器的原理可将它分为两大类：一直接型A/D转换器；二是间接型A/D转换器；直接型中经常运用的逐次逼近型和串联方式等。间接型主要运用双重积分型和单重积分型等等。

在双积分式模/数转换器中具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，但是转换速度慢。而逐次逼近式A/D转换的特点是转换速度更快，同时精度更高，因而在实际中得到了更广泛的应用。本设计采用逐次逼近型A/D转换器，利用数字量试探的进行D/A转换、比较判断，从而实现A/D转换功能。