【基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)9400字（論文）】

基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)內(nèi)容摘要：在我們生產(chǎn)生活中會經(jīng)常用到數(shù)字電壓表，而且在電路設(shè)計(jì)中也會用數(shù)字電壓表來測量電壓，以前的電壓表是電磁式的電壓表，采用指針式來讀數(shù)，可能會出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)確等問題，而且是模擬式的，電壓表的靈敏度也較低。為了能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)在快速發(fā)展的電力電子市場和快速發(fā)展的電子行業(yè)，我們需要采用讀數(shù)更為準(zhǔn)確的數(shù)字式電壓表，這種電壓表利用液晶顯示的方式來顯示讀數(shù)，可以提高讀數(shù)的準(zhǔn)確性，極大地減少了外在因素的影響。這種數(shù)字式電壓表是把輸入的直流電壓模擬量，通過單片機(jī)內(nèi)部自帶的ADC轉(zhuǎn)換成為數(shù)字式的電壓值來輸出。數(shù)字電壓表的出現(xiàn)極大地方便了人們的生活和工作，取代了以前的電磁式電壓表，標(biāo)志著電壓測量的新的里程碑。本次設(shè)計(jì)是利用Keil5進(jìn)行編寫C語言程序，利用Proteus8搭建電路原理圖，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表對于電壓的測量，并且研究其測量的準(zhǔn)確性和精度，電路里面使用STM32系列單片機(jī)，內(nèi)部自帶有ADC，可以用來進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，用LM016L液晶顯示器輸出電壓值，而且采用了低壓差穩(wěn)壓器LM1117DT-3.3作為供電電源電路，通過軟件方式實(shí)現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。關(guān)鍵詞：數(shù)字電壓表、STM32F103R6、模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓測量目錄第1章緒論 11.1課題研究的背景及意義 11.2單片機(jī)簡介 11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 21.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3.2國外研究現(xiàn)狀 31.3.3研究現(xiàn)狀小結(jié) 31.4本文的研究內(nèi)容 3第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 42.1總體方案設(shè)計(jì) 42.2設(shè)計(jì)原理分析 42.2.1STM32F103R6單片機(jī)簡介 42.2.2LM016L顯示器簡介 52.2.3ADC轉(zhuǎn)換芯片簡介 5第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 63.1系統(tǒng)組成 63.2主控芯片STM32F103R6 63.3電源電路 63.4復(fù)位電路 73.5晶振電路 73.6LM016L顯示電路 83.7報警電路 8第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 104.1系統(tǒng)主程序流程圖 104.2ADC流程圖 104.3LM016L液晶流程圖 12第5章實(shí)驗(yàn)仿真與分析 135.1實(shí)驗(yàn)仿真 135.2實(shí)驗(yàn)分析 145.3結(jié)論 14第6章總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 17附錄 19Proteus電路原理圖 19PCB封裝電路圖 20緒論課題研究的背景及意義在電路電壓測量中，為了提高工作效率，人們發(fā)明出來數(shù)字電壓表，并且逐漸采用數(shù)字電壓表來測量電壓值，近些年以來，數(shù)字電壓表不斷發(fā)展，人們越來越想要提高其測量的精度，伴隨著高精度數(shù)模變換器的出現(xiàn)，我們能夠制造出的數(shù)字電壓表精度更高，其種類越多，功能也越多，用途更廣，性能也越來越強(qiáng)大。他們對電壓測量的效率提高了，同時也提高了測量的精度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bapat</Author><Year>2015</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">2</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>V.M.Bapat</author></authors></contributors><titles><title>DigitalVoltmeters</title><secondary-title>IETEJournalofResearch</secondary-title></titles><periodical><full-title>IETEJournalofResearch</full-title></periodical><volume>16</volume><number>11</number><dates><year>2015</year></dates><isbn>0377-2063</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[1]。數(shù)字電壓表的強(qiáng)大，是因?yàn)槠涫褂昧撕芏喔呖萍剂慵?，這些高科技產(chǎn)品還可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如溫度計(jì)，體重計(jì)，濕度計(jì)等，幾乎覆蓋了我們生活的各行各業(yè)，從而提高工作人員的工作效率。在電路的實(shí)驗(yàn)中，我們要測量一些數(shù)據(jù)，電壓，頻率，電流等，而且需要多次測量。所以我們需要提高工作效率，就要有更好的測量儀表，就有了數(shù)字電壓表，其優(yōu)點(diǎn)是精度高，讀數(shù)準(zhǔn)確等，故許多人都很喜歡使用。采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，數(shù)字量和模擬量之間利用AD轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>朱志珍</Author><Year>2020</Year><RecNum>119</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2,3]</style></DisplayText><record><rec-number>119</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">119</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>朱志珍</author><author>王哲</author></authors></contributors><auth-address>武漢工程大學(xué)光電信息與能源工程學(xué)院;</auth-address><titles><title>基于AT89C51單片機(jī)的精密數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)</title><secondary-title>長春師范大學(xué)學(xué)報</secondary-title></titles><periodical><full-title>長春師范大學(xué)學(xué)報</full-title></periodical><pages>64-67</pages><volume>39</volume><number>02</number><keywords><keyword>電壓表</keyword><keyword>單片機(jī)</keyword><keyword>A/D轉(zhuǎn)換</keyword><keyword>液晶顯示</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>2095-7602</isbn><call-num>22-1409/G4</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Year>2019</Year><RecNum>1</RecNum><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">1</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors></contributors><titles><title>Singleboardcomputerisidealforindustrialautomation,IoT,AIandmultimediaapplications</title><secondary-title>Telecomworldwire</secondary-title></titles><periodical><full-title>Telecomworldwire</full-title></periodical><dates><year>2019</year></dates><isbn>1363--9900</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[2,3]。單片機(jī)簡介單片機(jī)（microcontroller），是一種集成式電路芯片，他將一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所必需的系統(tǒng)，以最小化，最簡單的形式，通過電路焊接，集成到一個芯片上，構(gòu)成一個系統(tǒng)，我們把他叫做最小系統(tǒng)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Casciati</Author><Year>2015</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">3</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>FCasciati</author><author>SCasciati</author><author>Z-C.Chen</author><author>LFaravelli</author><author>MVece</author></authors></contributors><auth-address>DICAR,UniversityofPavia,ViaFerrata3,27100Pavia,Italy;;DICAr,SchoolofArchitecture,UniversityofCataniaatSiracusa,P.zaFedericodiSvevia,96100Siracusa,Italy;;InstituteofMicro/NanoDevicesandSolarCell,CollegeofPhysicsandInformationEngineering,FuzhouUniversity,QiShanCampus,Fuzhou350108,China</auth-address><titles><title>Collectingdatafromasensornetworkinasingle-boardcomputer</title><secondary-title>JournalofPhysics:ConferenceSeries</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofPhysics:ConferenceSeries</full-title></periodical><volume>628</volume><number>1</number><dates><year>2015</year></dates><isbn>1742-6596</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]，但功能卻很強(qiáng)大。他又叫單片微控制器，作為微型計(jì)算機(jī)，通過集成電路技術(shù)的應(yīng)用，把各種輸入量數(shù)據(jù)集中到芯片中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的快捷。他的體積小，價格便宜，功能全面，為我們認(rèn)識、學(xué)習(xí)和開發(fā)單片機(jī)提供了很好的支撐，是我們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識和單片機(jī)原理的最好的選擇。單片機(jī)的組成及其作用如下：（1）中央處理器CPU，進(jìn)行算數(shù)和邏輯運(yùn)算；（2）只讀存儲器ROM，用來存放程序數(shù)據(jù)；（3）隨機(jī)存取存儲器RAM，用來寄存可以隨時讀寫的數(shù)據(jù)；（4）多個I/O口，進(jìn)行信息輸入與輸出；（5）中斷系統(tǒng)，用來中斷程序；（6）時鐘電路，提供時鐘。單片機(jī)的使用已經(jīng)非常廣泛了，在通訊設(shè)備，家用電器，航天技術(shù)等領(lǐng)域都體現(xiàn)了其強(qiáng)大的活力。從上世紀(jì)90年代以來，單片機(jī)技術(shù)就開始了發(fā)展，而且被應(yīng)用于各個領(lǐng)域，仍在不斷進(jìn)步ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[4,5]。現(xiàn)如今，人們越來越重視電力電子和單片機(jī)的發(fā)展，并且將兩者聯(lián)系起來進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用，在電力電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，由于大量使用單片機(jī)，使得智能化電子設(shè)備得到空前的發(fā)展和進(jìn)步，讓我們的生活更加便捷ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周惠文</Author><Year>2021</Year><RecNum>112</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>112</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">112</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周惠文</author></authors></contributors><auth-address>常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校;</auth-address><titles><title>單片機(jī)技術(shù)在智能化電子產(chǎn)品中的運(yùn)用策略</title><secondary-title>信息記錄材料</secondary-title></titles><periodical><full-title>信息記錄材料</full-title></periodical><pages>137-138</pages><volume>22</volume><number>12</number><keywords><keyword>單片機(jī)技術(shù)</keyword><keyword>智能化電子產(chǎn)品</keyword><keyword>運(yùn)用策略</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1009-5624</isbn><call-num>13-1295/TQ</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.16009/13-1295/tq.2021.12.036</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。他作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個分支，為電子技術(shù)行業(yè)開辟了廣闊的前景。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter），是用來測量電壓的，他在上世紀(jì)50年代出現(xiàn)，創(chuàng)新之處在于他的測量方式，他利用數(shù)模轉(zhuǎn)換，把輸入的連續(xù)的直流電壓，變?yōu)閿嗬m(xù)的數(shù)字量，然后利用液晶顯示屏顯示出來ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉景武</Author><Year>1964</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">128</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>劉景武</author></authors></contributors><titles><title>幾種數(shù)字儀表的技術(shù)特性</title><secondary-title>國外電工儀表</secondary-title></titles><periodical><full-title>國外電工儀表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>電壓表</keyword><keyword>數(shù)字儀表</keyword><keyword>技術(shù)特性</keyword></keywords><dates><year>1964</year></dates><isbn>1001-1390</isbn><call-num>23-1202/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]。一方面，這個儀器的出現(xiàn)，離不開現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)對于電壓測量速度和精確度要求的提高。因?yàn)樵谖覀儸F(xiàn)在的許多實(shí)驗(yàn)中，我們需要及時并且準(zhǔn)確的得到測量的電壓值，這就需要電壓測量儀器采用更加先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。另一方面，由于電壓測量在電力電子技術(shù)和自動控制原理中的廣泛應(yīng)用，使得電力電子技術(shù)得到了空前的發(fā)展，進(jìn)而帶動了電壓測量技術(shù)的提高，進(jìn)而向著智能化儀表發(fā)展ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周惠文</Author><Year>2021</Year><RecNum>112</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>112</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">112</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周惠文</author></authors></contributors><auth-address>常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校;</auth-address><titles><title>單片機(jī)技術(shù)在智能化電子產(chǎn)品中的運(yùn)用策略</title><secondary-title>信息記錄材料</secondary-title></titles><periodical><full-title>信息記錄材料</full-title></periodical><pages>137-138</pages><volume>22</volume><number>12</number><keywords><keyword>單片機(jī)技術(shù)</keyword><keyword>智能化電子產(chǎn)品</keyword><keyword>運(yùn)用策略</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1009-5624</isbn><call-num>13-1295/TQ</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.16009/13-1295/tq.2021.12.036</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]?，F(xiàn)在，數(shù)字化的電壓表已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的指針式電壓表，由于傳統(tǒng)的電壓表利用指針來指向讀數(shù)，依靠人眼來判斷讀數(shù)，可能會由于人為因素，從而造成讀數(shù)產(chǎn)出較大誤差，而且其功能單一，只能測量固定的電壓值，所以逐漸被淘汰。而數(shù)字式電壓表由于測量精確度高，讀數(shù)準(zhǔn)確，外界對其影響小，所以被用在電力電子等領(lǐng)域，前景廣闊ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉景武</Author><Year>1964</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">128</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>劉景武</author></authors></contributors><titles><title>幾種數(shù)字儀表的技術(shù)特性</title><secondary-title>國外電工儀表</secondary-title></titles><periodical><full-title>國外電工儀表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>電壓表</keyword><keyword>數(shù)字儀表</keyword><keyword>技術(shù)特性</keyword></keywords><dates><year>1964</year></dates><isbn>1001-1390</isbn><call-num>23-1202/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]。數(shù)字電壓表具有以下特點(diǎn)：（1）準(zhǔn)確度高，現(xiàn)如今的數(shù)字式電壓表的測量準(zhǔn)確度可以達(dá)到mV級別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的電磁式電壓表。（2）測量速度快，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此他處理數(shù)據(jù)的速度比傳統(tǒng)電壓表要快。（3）顯示數(shù)值清晰，讀數(shù)準(zhǔn)確，可以避免人為因素對于測量的誤差，從而確保讀數(shù)的準(zhǔn)確性，同時，他還可以標(biāo)注測量項(xiàng)目的符號，方便人們的讀數(shù)。（4）抗干擾能力強(qiáng)，由于使用數(shù)字電壓表對電壓進(jìn)行測量時，讀數(shù)可以直觀的體現(xiàn)在液晶顯示屏上ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張苗</Author><Year>2020</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101562">41</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張苗</author></authors></contributors><auth-address>冠捷顯示科技(武漢)有限公司;</auth-address><titles><title>液晶顯示原理研究及顯示缺陷分析</title><secondary-title>電子世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子世界</full-title></periodical><pages>83-84</pages><number>07</number><keywords><keyword>液晶顯示</keyword><keyword>液晶顯示器</keyword><keyword>缺陷分析</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1003-0522</isbn><call-num>11-2086/TN</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.19353/ki.dzsj.2020.07.048</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[8]，且內(nèi)部擁有濾波電容，采用數(shù)字濾波，可以有效排除外來因素的干擾，保證讀數(shù)的客觀性。（5）數(shù)字電壓表集成度高，把所有功能集中到一塊芯片上面，體積小，因而整個系統(tǒng)功率耗能較低ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>劉景武</Author><Year>1964</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">128</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>劉景武</author></authors></contributors><titles><title>幾種數(shù)字儀表的技術(shù)特性</title><secondary-title>國外電工儀表</secondary-title></titles><periodical><full-title>國外電工儀表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>電壓表</keyword><keyword>數(shù)字儀表</keyword><keyword>技術(shù)特性</keyword></keywords><dates><year>1964</year></dates><isbn>1001-1390</isbn><call-num>23-1202/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]。數(shù)字式電壓表一開始是電子管比較式，優(yōu)點(diǎn)是測量準(zhǔn)確度比較高，但測量速度較慢，而且體積比較大，不利于實(shí)驗(yàn)的大量使用。之后又有了諧波式的電壓表，他的采樣速度有所提高，但準(zhǔn)確度不夠高，也因此被逐漸淘汰ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>J.R.</Author><Year>1970</Year><RecNum>108</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>108</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101895">108</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>PearceJ.R.</author><author>BloomfieldJ.</author><author>QureshiU.</author></authors></contributors><titles><title>Digitalcarryappliedtosuccessiveapproximationdigitalvoltmeters</title><secondary-title>RadioandElectronicEngineer</secondary-title></titles><periodical><full-title>RadioandElectronicEngineer</full-title></periodical><volume>40</volume><number>1</number><dates><year>1970</year></dates><isbn>0033-7722</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]。直到現(xiàn)在，出現(xiàn)了數(shù)字式電壓表，而且現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，不僅僅可以測量電壓，還可以用來測量其他參數(shù)。利用集成電路中的單片機(jī)來對電壓進(jìn)行處理，精確度提升很大，而且測量速度比以往的電壓表要快，已經(jīng)成為了電氣，電子，電工等各個領(lǐng)域用來測量電壓的最佳選擇。不僅如此，其制造和維護(hù)價格也比機(jī)械式電壓表要便宜。國內(nèi)研究現(xiàn)狀通過查閱資料文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)對于電壓表的描述，主要是以仿真的形式來研究的。文獻(xiàn)[2]研究并設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為主體的，用來測量電壓的簡易電壓表，主要介紹了電路的硬件部分。文獻(xiàn)[7]介紹了國外的一些數(shù)字電壓表，這些電壓表都具有代表性，并且列出了電壓表的各種參數(shù)。同時，有關(guān)于仿真軟件和單片機(jī)的介紹，文獻(xiàn)[18]通過設(shè)計(jì)全雙工通信電路，介紹了利用Proteus來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的主要流程，能讓我們更熟練地使用Proteus。文獻(xiàn)[19]講了STM32單片機(jī)，介紹了他功能與使用原理，幫助我們詳細(xì)了解該系列單片機(jī)。文獻(xiàn)[23]分析了單片機(jī)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，有助于我們理解數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理。國外研究現(xiàn)狀同時，也查閱了一些外文文獻(xiàn)，國外的研究會具體到某一個模塊上。文獻(xiàn)[1]講述了數(shù)字電壓表的用途，并且對各種數(shù)字電壓表作了簡要介紹。文獻(xiàn)[4]介紹了單片機(jī)在數(shù)據(jù)收集方面的強(qiáng)大之處。文獻(xiàn)[13]介紹了一種非接觸式的電壓測量儀表,同樣也是利用STM32來實(shí)現(xiàn)的,他里面用到的電壓放大電路,電源電路,以及報警電路等,對我們設(shè)計(jì)單片機(jī)電路有很大幫助。文獻(xiàn)[17]里面提到了20至400HZ的商用電壓表的數(shù)模轉(zhuǎn)換的性能,并且進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。還查閱了一些關(guān)于單片機(jī)原理介紹的文獻(xiàn)，其中，文獻(xiàn)[22]中講到單片機(jī)可以對信號進(jìn)行控制,可以讓我們了解單片機(jī)的內(nèi)部工作原理。文獻(xiàn)[26]對直流數(shù)字電壓表的測量精度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,得出測量誤差在允許范圍之內(nèi)。研究現(xiàn)狀小結(jié)現(xiàn)如今，數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)和開發(fā)，已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展和演變，擁有了多種類型和功能，而傳統(tǒng)的電壓表因?yàn)樗麄兊娜秉c(diǎn)被逐漸替代，例如要對遠(yuǎn)程的電壓進(jìn)行測量，這就需要數(shù)字式電壓表來完成，基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表可以很好地完成這個任務(wù)，利用遠(yuǎn)程信號采集裝置對電壓值進(jìn)行采集并且輸入到系統(tǒng)中，然后在內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后輸出測得的數(shù)字量電壓值，極大地方便了人們的工作。這些都是傳統(tǒng)的那些電壓表無法比較的，因此數(shù)字式電壓表的研究與開發(fā)具有良好的前景。本文的研究內(nèi)容本次設(shè)計(jì)的是數(shù)字電壓表，用STM32F103R6單片機(jī)，他具有精度高等優(yōu)點(diǎn)，對于他的研究對我們認(rèn)識電壓表具有很好的促進(jìn)作用。此次設(shè)計(jì)可以鍛煉自己的實(shí)踐能力，通過了解數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)，以及工作原理，利用自己編寫的C語言代碼，將其拷入到系統(tǒng)仿真圖中，使數(shù)字電壓表能正常工作。數(shù)字電壓表在我們生活和工作的方方面面都可以被用到，所以對數(shù)字電壓表的研究和設(shè)計(jì)就顯得非常重要ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Huang</Author><Year>2019</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">5</key></foreign-keys><ref-typename="ConferenceProceedings">10</ref-type><contributors><authors><author>WeifengHuang</author><author>XinYang</author></authors><subsidiary-authors><author>InstituteofManagement,Science</author><author>Industrial,Engineering</author></subsidiary-authors></contributors><auth-address>CollegeofInformationScience&Technology,ChengduUniversityofTechnology;</auth-address><titles><title>DesignandSimulationofDigitalVoltmeterBasedonSingleChipComputer</title></titles><pages>549-553</pages><keywords><keyword>Digitalvoltmeter</keyword><keyword>Singlechipcomputer</keyword><keyword>MCU</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><pub-location>中國重慶</pub-location><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]。本次設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容如下：（1）了解STM32單片機(jī)的基本概念和原理，熟悉其工作原理和各個I/O口的功能。（2）熟悉數(shù)字電壓表的體系結(jié)構(gòu)、了解工作原理，熟練掌握在仿真軟件Proteus上對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真與調(diào)試。（3）掌握基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的各項(xiàng)主要性能指標(biāo)。本次設(shè)計(jì)的具體目標(biāo)如下：（1）分為三檔量程：0～0.5V，0.5～1V，1～3VADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>齊祥明</Author><Year>2019</Year><RecNum>120</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>120</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">120</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>齊祥明</author></authors></contributors><auth-address>安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院;</auth-address><titles><title>基于單片機(jī)的量程轉(zhuǎn)換數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)</title><secondary-title>廊坊師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>廊坊師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)</full-title></periodical><pages>38-41</pages><volume>19</volume><number>04</number><keywords><keyword>單片機(jī)</keyword><keyword>量程轉(zhuǎn)換</keyword><keyword>ADC0831</keyword><keyword>數(shù)字電壓表</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><isbn>1674-3229</isbn><call-num>13-1391/N</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[11]；（2）數(shù)字電壓表測量的最小分辨率為1mV；（3）可以根據(jù)輸入的電壓值大小來自動選擇量程；（4）采用字符液晶LM016L顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用STM32F103R6單片機(jī)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，自帶12位的ADC轉(zhuǎn)換模塊，可以將輸入的電壓進(jìn)行數(shù)字化，進(jìn)而輸出ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12,13]。該系統(tǒng)利用LM016L液晶顯示屏來顯示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，時鐘電路提供時鐘和周期，復(fù)位電路用來進(jìn)行初始化，量程轉(zhuǎn)換可以利用軟件方式實(shí)現(xiàn)，由于該單片機(jī)引腳能承受的最大電壓為3.3V，因此需要有報警電路，當(dāng)輸入電壓大于3.3V時，可以通過報警電路中的蜂鳴器發(fā)出聲音來進(jìn)行提示。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如REF_Ref101087512\h圖2.1所示。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)原理分析STM32F103R6單片機(jī)簡介STM32F103R6單片機(jī)采用了Cortex-M3的內(nèi)核，性能較高，是以72MHz頻率工作的，還有高速嵌入式儲存器，以及具有各種功能的I/O口。供電選2至3.6V電源，工作范圍是-40至+85℃溫度之間，擴(kuò)展后溫度可達(dá)+105℃，所以允許單片機(jī)在低功耗下運(yùn)行ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李輝</Author><Year>2018</Year><RecNum>122</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>122</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">122</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>李輝</author></authors></contributors><auth-address>陜西烽火實(shí)業(yè)有限公司;</auth-address><titles><title>STM32單片機(jī)的原理分析與硬件電路設(shè)計(jì)</title><secondary-title>電子測試</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子測試</full-title></periodical><pages>31+26</pages><number>14</number><keywords><keyword>STM32</keyword><keyword>原理</keyword><keyword>硬件電路</keyword><keyword>設(shè)計(jì)</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1000-8519</isbn><call-num>11-3927/TN</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.16520/ki.1000-8519.2018.14.011</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。該單片機(jī)中還有PWM定時器，ADC轉(zhuǎn)換器，定時器，多種I/O口。STM32F103系列單片機(jī)具有許多良好的特性，使得他可以應(yīng)用在生產(chǎn)和生活的方方面面，在電力電子和工業(yè)中可以利用他來制作逆變器，在PLC中可以用來進(jìn)行中樞控制，還可以使用在各種電子設(shè)備中，例如掃描儀器，打印機(jī)，對講機(jī)等儀器中ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[14,15]。LM016L顯示器簡介在日常生活中，液晶顯示存在于電子產(chǎn)品中，例如電壓表，液晶手表，計(jì)算器等。可以顯示出來多種內(nèi)容，包括數(shù)字，單位，符號等，便于人們直觀和準(zhǔn)確的讀取所需的內(nèi)容和數(shù)據(jù)。輸出所需的元器件主要包括數(shù)碼顯示管，發(fā)光二極管和液晶顯示器等。在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)中，作為輸出器件，液晶顯示有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高，數(shù)碼顯示器會隨著時間一直刷新顯示亮點(diǎn)，而液晶顯示器則不會，在接收到單片機(jī)的指令后就持續(xù)顯示不變，因此，液晶顯示的質(zhì)量要較高。（2）液晶顯示器體積小，重量輕，便于操作人員進(jìn)行移動測量。（3）采用數(shù)字式接口，簡化了接口引腳之間的連接，方便連接時的操作，而且也更加可靠。（4）系統(tǒng)整體功耗較低，相對于LED數(shù)碼顯示器，功耗主要在內(nèi)部，所以比其他的耗電量要少。LM016L模塊有自己的指令集，可對字符操作，功能十分強(qiáng)大。有兩種傳輸方式，分別是8位和4位并行，控制器是HD44780，控制器組成與功能如下：（1）指令寄存器，用來存放指令；（2）數(shù)據(jù)寄存器，用來保存運(yùn)算結(jié)果；（3）字符發(fā)生器ROM和RAM，用來顯示字符；（4）顯示數(shù)據(jù)RAM，完成數(shù)據(jù)的顯示ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>張苗</Author><Year>2020</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101562">41</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>張苗</author></authors></contributors><auth-address>冠捷顯示科技(武漢)有限公司;</auth-address><titles><title>液晶顯示原理研究及顯示缺陷分析</title><secondary-title>電子世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子世界</full-title></periodical><pages>83-84</pages><number>07</number><keywords><keyword>液晶顯示</keyword><keyword>液晶顯示器</keyword><keyword>缺陷分析</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1003-0522</isbn><call-num>11-2086/TN</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.19353/ki.dzsj.2020.07.048</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[8]。LM016L各引腳功能如REF_Ref101087558\h表21所示：表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11LM016L液晶顯示模塊各引腳功能ADC轉(zhuǎn)換芯片簡介在STM32F103系列單片機(jī)芯片中，有兩個12位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>崔海朋</Author><Year>2020</Year><RecNum>21</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[16]</style></DisplayText><record><rec-number>21</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101560">21</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>崔海朋</author></authors></contributors><auth-address>青島杰瑞工控技術(shù)有限公司;</auth-address><titles><title>基于STM32和AD5791的高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)</title><secondary-title>電子產(chǎn)品世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子產(chǎn)品世界</full-title></periodical><pages>39-42</pages><volume>27</volume><number>06</number><keywords><keyword>數(shù)模轉(zhuǎn)換器</keyword><keyword>STM32</keyword><keyword>AD5791</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1005-5517</isbn><call-num>11-3374/TN</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[16]。通過對輸入量自動掃描，并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，內(nèi)部的附加邏輯功能可以使輸入量保持。ADC中有一個控制器DMA，他具有看門狗的功能，可以允許特定的，或者全部通道，對電壓進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，當(dāng)電壓超出閾值時，會中止轉(zhuǎn)換ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Espel</Author><Year>2009</Year><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[17]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">4</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>PatrickEspel</author><author>AndréPoletaeff</author><author>AlexandreBounouh</author></authors></contributors><titles><title>Characterizationofanalogue-to-digitalconvertersofacommercialdigitalvoltmeterinthe20Hzto400Hzfrequencyrange</title><secondary-title>Metrologia</secondary-title></titles><periodical><full-title>Metrologia</full-title></periodical><volume>46</volume><number>5</number><dates><year>2009</year></dates><isbn>0026-1394</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[17]。系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成本系統(tǒng)是利用STM32F103系列芯片來設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表，該系統(tǒng)主要由STM32單片機(jī)，內(nèi)部自帶時鐘電路，外接有復(fù)位電路，顯示電路和報警電路等共同組成ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>孫萬麟</Author><Year>2016</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[18]</style></DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650100425">11</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>孫萬麟</author></authors></contributors><auth-address>昌吉學(xué)院物理系;</auth-address><titles><title>基于Proteus的單片機(jī)通信電路設(shè)計(jì)</title><secondary-title>實(shí)驗(yàn)室研究與探索</secondary-title></titles><periodical><full-title>實(shí)驗(yàn)室研究與探索</full-title></periodical><pages>135-138</pages><volume>35</volume><number>10</number><keywords><keyword>Proteus</keyword><keyword>單片機(jī)</keyword><keyword>全雙工通信電路</keyword><keyword>仿真圖表</keyword></keywords><dates><year>2016</year></dates><isbn>1006-7167</isbn><call-num>31-1707/T</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[18]，其中，STM32單片機(jī)內(nèi)部自帶有12位的A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，可以實(shí)現(xiàn)輸入量的處理，然后經(jīng)過主控芯片的處理，最后以數(shù)字量的形式輸出給液晶顯示模塊，以實(shí)現(xiàn)對電壓的測量ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王曉彥</Author><Year>2020</Year><RecNum>115</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[19,20]</style></DisplayText><record><rec-number>115</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">115</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>王曉彥</author></authors></contributors><auth-address>忻州職業(yè)技術(shù)學(xué)院;</auth-address><titles><title>STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)</title><secondary-title>南方農(nóng)機(jī)</secondary-title></titles><periodical><full-title>南方農(nóng)機(jī)</full-title></periodical><pages>163-164</pages><volume>51</volume><number>14</number><keywords><keyword>STM32單片機(jī)</keyword><keyword>原理</keyword><keyword>硬件電路設(shè)計(jì)</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1672-3872</isbn><call-num>36-1239/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite><Cite><Author>吳順柳</Author><Year>2021</Year><RecNum>113</RecNum><record><rec-number>113</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101896">113</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吳順柳</author></authors></contributors><auth-address>玉林師范學(xué)院;</auth-address><titles><title>基于單片機(jī)的高精度數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)</title><secondary-title>電子制作</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子制作</full-title></periodical><pages>87-89+69</pages><number>21</number><keywords><keyword>數(shù)字電壓表</keyword><keyword>LCD1602</keyword><keyword>AD0832</keyword></keywords><dates><year>2021</year></dates><isbn>1006-5059</isbn><call-num>11-3571/TN</call-num><urls></urls><electronic-resource-num>10.16589/11-3571/tn.2021.21.025</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[19,20]。主控芯片STM32F103R6主控電路主要由單片機(jī)STM32F103R6芯片組成，主控芯片電路圖如REF_Ref101087574\h圖3.1所示。其中NRST引腳是復(fù)位引腳，可以對電路進(jìn)行初始化操作。VBAT引腳和BOOT0引腳相連的目的是給RTC選擇啟動模式。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11主控芯片電路圖電源電路該系統(tǒng)是利用LM1117系列的低壓差穩(wěn)壓器來供電，在800mA的負(fù)載電流下可以產(chǎn)生1.2V的壓差，通過外接一系列電容器實(shí)現(xiàn)3.3V的恒壓輸入，該低壓差穩(wěn)壓器還提供有限制電流和熱關(guān)斷的能力，保證系統(tǒng)處于正常工作范圍之內(nèi)，其內(nèi)部還自帶一個調(diào)節(jié)器，保證輸出的電壓誤差在1%以內(nèi)。利用LM1117DT-3.3來進(jìn)行供電的電路接線圖如REF_Ref101087588\h圖3.2所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12電源電路圖復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位，是用復(fù)位引腳NRST來完成的，其有高電平和低電平兩種狀態(tài)。當(dāng)處于低電平時，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的初始化，在單片機(jī)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。當(dāng)處于高電平時，引腳正常工作。復(fù)位電路如REF_Ref101087608\h圖3.3所示，NRST引腳外接電容和電阻。實(shí)驗(yàn)開始時通電，此時電容電壓為零，低電平，單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)電壓達(dá)到3.3V時，電容開始充電，此時，NRST引腳處仍為低電平狀態(tài)。其中，要實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位的低電平時間要達(dá)到兩個機(jī)器周期，所以，電容兩端的電壓達(dá)到臨界電壓的時間要大于兩個機(jī)器周期。根據(jù)RC電路的充電方程，一般選擇0.1uF的電容和10KΩ的電阻，可以滿足要求。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13復(fù)位電路圖晶振電路STM32系列單片機(jī)中有以下兩組晶振：（1）一個為8MHz，給單片機(jī)提供主時鐘；（2）另一個為32.768KHz，給RTC提供時鐘。時鐘電路也有兩種方式：（1）內(nèi)部時鐘，是STM32內(nèi)部的時鐘，但精度不高，而且隨溫度變化較大。（2）外部時鐘，是在外面連接晶振，讓內(nèi)部的振蕩器自激振蕩，發(fā)出時鐘信號。為了使輸出量更加穩(wěn)定，可以在晶振兩側(cè)加電容。本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時鐘來實(shí)現(xiàn)時鐘信號的測量與控制。LM016L顯示電路本次設(shè)計(jì)采用LM016L液晶顯示電路來進(jìn)行數(shù)字量的顯示，可以使得讀數(shù)更為精確，不僅可以顯示測量的電壓值，還可以顯示使用的擋位，顯示電路如REF_Ref101087637\h圖3.4所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14LM016L顯示電路報警電路當(dāng)數(shù)字電壓表的電壓過大時，報警電路可以進(jìn)行提示，該模塊利用單片機(jī)的看門狗特性，當(dāng)輸入電壓大于3.3V時，會進(jìn)行報警提示。電路由PA5引腳控制，由一個PNP型三極管TIP32ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魏秀芳</Author><Year>1999</Year><RecNum>31</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[21]</style></DisplayText><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wtdevs25rs0w9ue5edwpzf0pwax0v5f0z5r9"timestamp="1650101560">31</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魏秀芳</author><author>張國恒</author></authors></contributors><auth-address>蘭州師范高等?？茖W(xué)校物理系!甘肅蘭州730070,西北民族學(xué)院物理系!甘肅蘭州730000</auth-address><titles><title>PNP型三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程及電流放大原理</title><secondary-title>甘肅高師學(xué)報</secondary-title></titles><periodical