CN216310120U - 一种基于单片机的高精度数字电压表 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于单片机的高精度数字电压表，包括电源模块、量程控制模块、警报和保护模块、单片机数据处理模块、显示模块，所述量程控制模块、所述警报和保护模块与所述单片机数据处理模块的输入端连接，所述单片机数据处理模块的输出端与所述显示模块连接，所述电源模块为以上所述各个模块供电，所述单片机数据处理模块采用STC12C5A60S2单片机作为数据处理器。通过采用上述技术方案，可以自动完成电压信号从模拟量到数字量的转换和测量，使测量精度达1μV，测量时间小于0.1s，高速、低功耗、超强抗干扰、集成度高，并能实现量程自动切换、超量程报警和保护电路自动切断等功能，功能完备，运行稳定，安全性强。
Description
技术领域
本实用新型属于测量控制仪表技术领域，具体涉及一种基于单片机的高精度数字电压表。
背景技术
数字电压表采用的是数字化测量技术，把连续的模拟量，也就是连续的电压值转变为不连续的数字量，加以数字处理然后通过显示器件显示。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域。但是，普通的数字电压表存在测量精度不高、稳定性不好，抗干扰性能差、设计过于复杂、产品质量参差不齐、功能单一、易损毁等不足。
实用新型内容
基于上述问题，本实用新型提供一种基于单片机的高精度数字电压表。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种基于单片机的高精度数字电压表，包括电源模块、量程控制模块、警报和保护模块、单片机数据处理模块、显示模块，所述量程控制模块、所述警报和保护模块与单片机数据处理模块的输入端连接，单片机数据处理模块的输出端与所述显示模块连接，所述电源模块为以上各个模块供电，所述单片机数据处理模块采用STC12C5A60S2单片机作为数据处理器，所述STC12C5A60S2单片机内部集成8路高速10位A/D转换器。
通过采用上述技术方案，电压信号经过量程控制模块送至STC12C5A60S2单片机进行测量，单片机根据第一次电压A/D转换的结果，控制量程控制模块完成量程转换；量程转换后单片机对电压再一次进行测量，测量得到的精确电压值传送至显示模块进行显示，由于STC12C5A60S2单片机内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换器，速度可达到250KHz(25万次/秒)，可以自动完成测量电压信号从模拟量到数字量的转换，在0-5V量程档，其最高分辨率可达5mV（5/210V），使测量电压值精度最高，测量精度达1μV，且指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，测量时间小于0.1s，高速、低功耗、超强抗干扰、集成度高，并具有实现量程自动切换、超量程报警功能和保护电路自动切断功能等功能，功能完备，运行稳定，安全性强。
本实用新型进一步设置：所述量程控制模块包括量程转换电路，所述量程转换电路包括四个分压电阻、四个继电器和四个三极管，每次有且仅有一个三极管导通，与之相连的继电器处于工作状态，继电器工作状态由单片机引脚控制，通过单片机引脚控制电平高低，从而控制相应的继电器的线圈是得电还是失电。
根据分压电阻的设定，测量范围在0-40V,可分为四个档位的测量：0-5V、5V-10V、10V-20V、20V-40V，当被测量电压信号接入电压表时，默认先选用最大量程（20V-40V），此时主程序先完成一次电压测量，然后调用量程转换子程序，在量程转换子程序中，每次有且仅有一个三极管导通，与之相连的继电器处于工作状态，此时输入信号流经分压电阻、一个继电器然后接入单片机电压测量引脚，继电器工作状态由单片机引脚控制，通过单片机引脚控制电平高低，从而控制相应的继电器的线圈是得电还是失电，进而控制电压测量点达到量程控制的目的，通过将第一次测量电压与各档位阈值进行比较，选出四个量程中最合适的一个量程，然后通过控制连接四个继电器的四个引脚的电信号让对应量程控制的继电器工作，由于不同继电器工作，电压测量点不同，所以进行第二次测量的模数转换的电压值也会不同，量程转换子程序将根据电路实现的电压比例计算第二次电压测量结果，当输入电压信号稳定时，该量程控制的继电器一直工作；当输入电压信号移除时，又返回到对应最大量程控制的继电器工作。
本实用新型进一步设置：所述警报和保护模块包括警报电路和过压保护电路，所述警报电路包括NPN8050、有源蜂鸣器和发光二极管，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，蜂鸣器不发声、二极管不发光，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，蜂鸣器发声，二极管发光，即电压表处于警报状态。
通过采用上述技术方案，当输入电压大于40V时，警报电路发生警报，即蜂鸣器发出提示，发光二极管作为过压指示器，同时过压保护电路进行工作输入电压与单片机的连接被切断；在量程范围内的输入电压，会自动恢复与单片机的连接。
本实用新型进一步设置：所述过压保护电路包括稳压二极管、NPN8050和继电器，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，稳压二极管不导通，NPN8050截止，继电器不动作，此时输入信号经量程控制模块正常接入到单片机数据处理模块，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，稳压二极管被击穿，NPN8050导通，继电器动作，量程控制模块与单片机数据处理模块的连接被切断，即电压表处于过压保护状态。
通过采用上述技术方案，当输入电压大于40V时，警报电路发生警报，同时继电器断开量程控制模块与单片机数据处理模块的连接，使整个后级电路得以保护；当输入电压小于40V时，继电器自动重启量程控制模块与单片机数据处理模块的连接，使电压可以正常测量。
本实用新型进一步设置：所述电源模块包括电源电路和复位电路，所述电源电路是用于电压表所述各个模块供电的+5V供电电路。所述复位电路采用上电复位，所述复位电路包括电容和电阻，所述供电电路与所述电容连接，所述电阻与单片机的RST端连接，实现单片机复位功能。
通过采用上述技术方案，电源电路一般是40脚接电源+5V，20脚接地，在单片机未上电时，电容两个极板没有电荷；在单片机上电瞬间，电容两端获得电压开始充电，电阻两端流过电流产生瞬时电压，该电压被加到单片机的RST端，因此单片机的RST端得到一个高电平复位，随着电容充满电，电阻两端没有电流便不产生电压，单片机的RST端又由高电平变成低电平，这时单片机便开始工作。
本实用新型进一步设置：所述显示模块采用1602LCD显示模块，显示位数为小数点后6位。
通过采用上述技术方案，采用显示内容为16×2的1602LCD显示屏。16×2指该液晶模块可以显示两行，每行带有16个字符，既可以显示字符也可以显示数字。在电压表接入电压信号时，1602LCD首先进行初始化，清空屏幕；精确电压测量完后，将电压测量结果根据从高位到低位进行显示。
附图说明
图1为本实用新型实施例的系统总体框图；
图2为本实用新型实施例的主程序流程图；
图3为本实用新型实施例的量程转换子程序流程图；
图4为本实用新型实施例的电路图。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
参见附图1-4，本实用新型公开的一种基于单片机的高精度数字电压表，包括电源模块、量程控制模块、警报和保护模块、单片机数据处理模块、显示模块，所述量程控制模块、所述警报和保护模块与单片机数据处理模块的输入端连接，单片机数据处理模块的输出端与所述显示模块连接，所述电源模块为以上各个模块供电，所述单片机数据处理模块采用STC12C5A60S2单片机作为数据处理器，所述STC12C5A60S2单片机内部集成8路高速10位A/D转换器。
本实施例进一步设置：所述量程控制模块包括量程转换电路，所述量程转换电路包括四个分压电阻、四个继电器和四个三极管，每次有且仅有一个三极管导通，与之相连的继电器处于工作状态，继电器工作状态由单片机引脚控制，通过单片机引脚控制电平高低，从而控制相应的继电器的线圈是得电还是失电。
本实施例进一步设置：所述警报和保护模块包括警报电路和过压保护电路，所述警报电路包括NPN8050、有源蜂鸣器和发光二极管，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，蜂鸣器不发声、二极管不发光，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，蜂鸣器发声，二极管发光，即电压表处于警报状态。
本实施例进一步设置：所述过压保护电路包括稳压二极管、NPN8050和继电器，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，稳压二极管不导通，NPN8050截止，继电器不动作，此时输入信号经量程控制模块正常接入到单片机数据处理模块，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，稳压二极管被击穿，NPN8050导通，继电器动作，量程控制模块与单片机数据处理模块的连接被切断，即电压表处于过压保护状态。
本实施例进一步设置：所述电源模块包括电源电路和复位电路，所述电源电路是用于电压表所述各个模块供电的+5V供电电路。所述复位电路采用上电复位，所述复位电路包括电容和电阻，所述供电电路与所述电容连接，所述电阻与单片机的RST端连接，实现单片机复位功能。
本实施例进一步设置：所述显示模块采用1602LCD显示模块，显示位数为小数点后6位。
上述的“之间”并不仅仅指方位、位置之间，还包括指不同零件的相互作用之间的意思。
以上所述为本实用新型设计的内容，但对于本实用新型不限于上述示范性实施的细节，而且在不背离本实用新型的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：包括电源模块、量程控制模块、警报和保护模块、单片机数据处理模块、显示模块，所述量程控制模块、所述警报和保护模块与单片机数据处理模块的输入端连接，单片机数据处理模块的输出端与所述显示模块连接，所述电源模块为以上各个模块供电，所述单片机数据处理模块采用STC12C5A60S2单片机作为数据处理器，所述STC12C5A60S2单片机内部集成8路高速10位A/D转换器。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：所述量程控制模块包括量程转换电路，所述量程转换电路包括四个分压电阻、四个继电器和四个三极管，每次有且仅有一个三极管导通，与之相连的继电器处于工作状态，继电器工作状态由单片机引脚控制，通过单片机引脚控制电平高低，从而控制相应的继电器的线圈是得电还是失电。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：所述警报和保护模块包括警报电路和过压保护电路，所述警报电路包括NPN8050、有源蜂鸣器和发光二极管，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，蜂鸣器不发声、二极管不发光，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，蜂鸣器发声，二极管发光，即电压表处于警报状态。
4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：所述过压保护电路包括稳压二极管、NPN8050和继电器，当输入信号不大于40V或者无输入信号时，稳压二极管不导通，NPN8050截止，继电器不动作，此时输入信号经量程控制模块正常接入到单片机数据处理模块，即电压表处于正常工作状态；当输入信号大于40V时，稳压二极管被击穿，NPN8050导通，继电器动作，量程控制模块与单片机数据处理模块的连接被切断，即电压表处于过压保护状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：所述电源模块包括电源电路和复位电路，所述电源电路是用于电压表所述各个模块供电的+5V供电电路，所述复位电路采用上电复位，所述复位电路包括电容和电阻，所述供电电路与所述电容连接，所述电阻与单片机的RST端连接，实现单片机复位功能。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的高精度数字电压表，其特征在于：所述显示模块采用1602LCD显示模块，显示位数为小数点后6位。
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