基于單片機的簡易數字電壓表的設計內容摘要：在我們生產生活中會經常用到數字電壓表，而且在電路設計中也會用數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，可能會出現讀數不準確等問題，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現在快速發展的電力電子市場和快速發展的電子行業，我們需要采用讀數更為準確的數字式電壓表，這種電壓表利用液晶顯示的方式來顯示讀數，可以提高讀數的準確性，極大地減少了外在因素的影響。這種數字式電壓表是把輸入的直流電壓模擬量，通過單片機內部自帶的ADC轉換成為數字式的電壓值來輸出。數字電壓表的出現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，標志著電壓測量的新的里程碑。本次設計是利用Keil5進行編寫C語言程序，利用Proteus8搭建電路原理圖，來實現數字電壓表對于電壓的測量，并且研究其測量的準確性和精度，電路里面使用STM32系列單片機，內部自帶有ADC，可以用來進行數模轉換，用LM016L液晶顯示器輸出電壓值，而且采用了低壓差穩壓器LM1117DT-3.3作為供電電源電路，通過軟件方式實現量程的自動轉換。關鍵詞：數字電壓表、STM32F103R6、模數轉換、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單片機簡介 11.3國內外研究現狀和發展趨勢 21.3.1國內研究現狀 21.3.2國外研究現狀 31.3.3研究現狀小結 31.4本文的研究內容 3第2章系統總體設計 42.1總體方案設計 42.2設計原理分析 42.2.1STM32F103R6單片機簡介 42.2.2LM016L顯示器簡介 52.2.3ADC轉換芯片簡介 5第3章系統硬件電路設計 63.1系統組成 63.2主控芯片STM32F103R6 63.3電源電路 63.4復位電路 73.5晶振電路 73.6LM016L顯示電路 83.7報警電路 8第4章系統軟件設計 104.1系統主程序流程圖 104.2ADC流程圖 104.3LM016L液晶流程圖 12第5章實驗仿真與分析 135.1實驗仿真 135.2實驗分析 145.3結論 14第6章總結 15參考文獻 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，人們發明出來數字電壓表，并且逐漸采用數字電壓表來測量電壓值，近些年以來，數字電壓表不斷發展，人們越來越想要提高其測量的精度，伴隨著高精度數模變換器的出現，我們能夠制造出的數字電壓表精度更高，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]。數字電壓表的強大，是因為其使用了很多高科技零件，這些高科技產品還可以應用于其他領域，例如溫度計，體重計，濕度計等，幾乎覆蓋了我們生活的各行各業，從而提高工作人員的工作效率。在電路的實驗中，我們要測量一些數據，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，就有了數字電壓表，其優點是精度高，讀數準確等，故許多人都很喜歡使用。采用單片機來實現數字電壓表的設計，數字量和模擬量之間利用AD轉換方式實現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>武漢工程大學光電信息與能源工程學院;</auth-address><titles><title>基于AT89C51單片機的精密數字電壓表設計</title><secondary-title>長春師范大學學報</secondary-title></titles><periodical><full-title>長春師范大學學報</full-title></periodical><pages>64-67</pages><volume>39</volume><number>02</number><keywords><keyword>電壓表</keyword><keyword>單片機</keyword><keyword>A/D轉換</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]。單片機簡介單片機（microcontroller），是一種集成式電路芯片，他將一個計算機系統所必需的系統，以最小化，最簡單的形式，通過電路焊接，集成到一個芯片上，構成一個系統，我們把他叫做最小系統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]，但功能卻很強大。他又叫單片微控制器，作為微型計算機，通過集成電路技術的應用，把各種輸入量數據集中到芯片中，實現了數據處理的快捷。他的體積小，價格便宜，功能全面，為我們認識、學習和開發單片機提供了很好的支撐，是我們學習計算機基礎知識和單片機原理的最好的選擇。單片機的組成及其作用如下：（1）中央處理器CPU，進行算數和邏輯運算；（2）只讀存儲器ROM，用來存放程序數據；（3）隨機存取存儲器RAM，用來寄存可以隨時讀寫的數據；（4）多個I/O口，進行信息輸入與輸出；（5）中斷系統，用來中斷程序；（6）時鐘電路，提供時鐘。單片機的使用已經非常廣泛了，在通訊設備，家用電器，航天技術等領域都體現了其強大的活力。從上世紀90年代以來，單片機技術就開始了發展，而且被應用于各個領域，仍在不斷進步ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[4,5]。現如今，人們越來越重視電力電子和單片機的發展，并且將兩者聯系起來進行開發和應用，在電力電子產品領域中，由于大量使用單片機，使得智能化電子設備得到空前的發展和進步，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技術學校;</auth-address><titles><title>單片機技術在智能化電子產品中的運用策略</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>單片機技術</keyword><keyword>智能化電子產品</keyword><keyword>運用策略</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]。他作為計算機領域的一個分支，為電子技術行業開辟了廣闊的前景。國內外研究現狀和發展趨勢數字電壓表（DigitalVoltmeter），是用來測量電壓的，他在上世紀50年代出現，創新之處在于他的測量方式，他利用數模轉換，把輸入的連續的直流電壓，變為斷續的數字量，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>幾種數字儀表的技術特性</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>數字儀表</keyword><keyword>技術特性</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，離不開現代實驗對于電壓測量速度和精確度要求的提高。因為在我們現在的許多實驗中，我們需要及時并且準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的技術來實現。另一方面，由于電壓測量在電力電子技術和自動控制原理中的廣泛應用，使得電力電子技術得到了空前的發展，進而帶動了電壓測量技術的提高，進而向著智能化儀表發展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技術學校;</auth-address><titles><title>單片機技術在智能化電子產品中的運用策略</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>單片機技術</keyword><keyword>智能化電子產品</keyword><keyword>運用策略</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在，數字化的電壓表已經取代了傳統的指針式電壓表，由于傳統的電壓表利用指針來指向讀數，依靠人眼來判斷讀數，可能會由于人為因素，從而造成讀數產出較大誤差，而且其功能單一，只能測量固定的電壓值，所以逐漸被淘汰。而數字式電壓表由于測量精確度高，讀數準確，外界對其影響小，所以被用在電力電子等領域，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>幾種數字儀表的技術特性</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>數字儀表</keyword><keyword>技術特性</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]。數字電壓表具有以下特點：（1）準確度高，現如今的數字式電壓表的測量準確度可以達到mV級別，遠遠超過傳統的電磁式電壓表。（2）測量速度快，利用單片機進行數據處理，因此他處理數據的速度比傳統電壓表要快。（3）顯示數值清晰，讀數準確，可以避免人為因素對于測量的誤差，從而確保讀數的準確性，同時，他還可以標注測量項目的符號，方便人們的讀數。（4）抗干擾能力強，由于使用數字電壓表對電壓進行測量時，讀數可以直觀的體現在液晶顯示屏上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]，且內部擁有濾波電容，采用數字濾波，可以有效排除外來因素的干擾，保證讀數的客觀性。（5）數字電壓表集成度高，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>幾種數字儀表的技術特性</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>數字儀表</keyword><keyword>技術特性</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]。數字式電壓表一開始是電子管比較式，優點是測量準確度比較高，但測量速度較慢，而且體積比較大，不利于實驗的大量使用。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]。直到現在，出現了數字式電壓表，而且現在已經發展的相當成熟，不僅僅可以測量電壓，還可以用來測量其他參數。利用集成電路中的單片機來對電壓進行處理，精確度提升很大，而且測量速度比以往的電壓表要快，已經成為了電氣，電子，電工等各個領域用來測量電壓的最佳選擇。不僅如此，其制造和維護價格也比機械式電壓表要便宜。國內研究現狀通過查閱資料文獻，發現國內對于電壓表的描述，主要是以仿真的形式來研究的。文獻[2]研究并設計了以單片機為主體的，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[7]介紹了國外的一些數字電壓表，這些電壓表都具有代表性，并且列出了電壓表的各種參數。同時，有關于仿真軟件和單片機的介紹，文獻[18]通過設計全雙工通信電路，介紹了利用Proteus來進行實驗仿真的主要流程，能讓我們更熟練地使用Proteus。文獻[19]講了STM32單片機，介紹了他功能與使用原理，幫助我們詳細了解該系列單片機。文獻[23]分析了單片機的數模轉換電路，有助于我們理解數模轉換的原理。國外研究現狀同時，也查閱了一些外文文獻，國外的研究會具體到某一個模塊上。文獻[1]講述了數字電壓表的用途，并且對各種數字電壓表作了簡要介紹。文獻[4]介紹了單片機在數據收集方面的強大之處。文獻[13]介紹了一種非接觸式的電壓測量儀表,同樣也是利用STM32來實現的,他里面用到的電壓放大電路,電源電路,以及報警電路等,對我們設計單片機電路有很大幫助。文獻[17]里面提到了20至400HZ的商用電壓表的數模轉換的性能,并且進行了相關實驗。還查閱了一些關于單片機原理介紹的文獻，其中，文獻[22]中講到單片機可以對信號進行控制,可以讓我們了解單片機的內部工作原理。文獻[26]對直流數字電壓表的測量精度進行了實驗分析,得出測量誤差在允許范圍之內。研究現狀小結現如今，數字電壓表的設計和開發，已經經過了數十年的發展和演變，擁有了多種類型和功能，而傳統的電壓表因為他們的缺點被逐漸替代，例如要對遠程的電壓進行測量，這就需要數字式電壓表來完成，基于單片機的數字電壓表可以很好地完成這個任務，利用遠程信號采集裝置對電壓值進行采集并且輸入到系統中，然后在內部進行數據處理，最后輸出測得的數字量電壓值，極大地方便了人們的工作。這些都是傳統的那些電壓表無法比較的，因此數字式電壓表的研究與開發具有良好的前景。本文的研究內容本次設計的是數字電壓表，用STM32F103R6單片機，他具有精度高等優點，對于他的研究對我們認識電壓表具有很好的促進作用。此次設計可以鍛煉自己的實踐能力，通過了解數字電壓表的結構，以及工作原理，利用自己編寫的C語言代碼，將其拷入到系統仿真圖中，使數字電壓表能正常工作。數字電壓表在我們生活和工作的方方面面都可以被用到，所以對數字電壓表的研究和設計就顯得非常重要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]。本次設計的主要研究內容如下：（1）了解STM32單片機的基本概念和原理，熟悉其工作原理和各個I/O口的功能。（2）熟悉數字電壓表的體系結構、了解工作原理，熟練掌握在仿真軟件Proteus上對該系統進行仿真與調試。（3）掌握基于單片機的數字電壓表的各項主要性能指標。本次設計的具體目標如下：（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>安慶職業技術學院;</auth-address><titles><title>基于單片機的量程轉換數字電壓表設計</title><secondary-title>廊坊師范學院學報(自然科學版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>廊坊師范學院學報(自然科學版)</full-title></periodical><pages>38-41</pages><volume>19</volume><number>04</number><keywords><keyword>單片機</keyword><keyword>量程轉換</keyword><keyword>ADC0831</keyword><keyword>數字電壓表</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）數字電壓表測量的最小分辨率為1mV；（3）可以根據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。系統總體設計總體方案設計本設計選用STM32F103R6單片機來進行實驗，自帶12位的ADC轉換模塊，可以將輸入的電壓進行數字化，進而輸出ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12,13]。該系統利用LM016L液晶顯示屏來顯示轉換后的數字量，時鐘電路提供時鐘和周期，復位電路用來進行初始化，量程轉換可以利用軟件方式實現，由于該單片機引腳能承受的最大電壓為3.3V，因此需要有報警電路，當輸入電壓大于3.3V時，可以通過報警電路中的蜂鳴器發出聲音來進行提示。系統總體結構框圖如REF_Ref101087512\h圖2.1所示。圖STYLEREF1\s2.SEQ圖\*ARABIC\s11系統總體結構框圖設計原理分析STM32F103R6單片機簡介STM32F103R6單片機采用了Cortex-M3的內核，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，擴展后溫度可達+105℃，所以允許單片機在低功耗下運行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>陜西烽火實業有限公司;</auth-address><titles><title>STM32單片機的原理分析與硬件電路設計</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>設計</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]。該單片機中還有PWM定時器，ADC轉換器，定時器，多種I/O口。STM32F103系列單片機具有許多良好的特性，使得他可以應用在生產和生活的方方面面，在電力電子和工業中可以利用他來制作逆變器，在PLC中可以用來進行中樞控制，還可以使用在各種電子設備中，例如掃描儀器，打印機，對講機等儀器中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品中，例如電壓表，液晶手表，計算器等?？梢燥@示出來多種內容，包括數字，單位，符號等，便于人們直觀和準確的讀取所需的內容和數據。輸出所需的元器件主要包括數碼顯示管，發光二極管和液晶顯示器等。在單片機實驗中，作為輸出器件，液晶顯示有以下優點：（1）顯示質量高，數碼顯示器會隨著時間一直刷新顯示亮點，而液晶顯示器則不會，在接收到單片機的指令后就持續顯示不變，因此，液晶顯示的質量要較高。（2）液晶顯示器體積小，重量輕，便于操作人員進行移動測量。（3）采用數字式接口，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）系統整體功耗較低，相對于LED數碼顯示器，功耗主要在內部，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）數據寄存器，用來保存運算結果；（3）字符發生器ROM和RAM，用來顯示字符；（4）顯示數據RAM，完成數據的顯示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轉換芯片簡介在STM32F103系列單片機芯片中，有兩個12位的數模轉換器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>青島杰瑞工控技術有限公司;</auth-address><titles><title>基于STM32和AD5791的高精度數模轉換電路設計</title><secondary-title>電子產品世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>電子產品世界</full-title></periodical><pages>39-42</pages><volume>27</volume><number>06</number><keywords><keyword>數模轉換器</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，并進行數模轉換，內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，對電壓進行數模轉換，當電壓超出閾值時，會中止轉換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]。系統硬件電路設計系統組成本系統是利用STM32F103系列芯片來設計的數字電壓表，該系統主要由STM32單片機，內部自帶時鐘電路，外接有復位電路，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>昌吉學院物理系;</auth-address><titles><title>基于Proteus的單片機通信電路設計</title><secondary-title>實驗室研究與探索</secondary-title></titles><periodical><full-title>實驗室研究與探索</full-title></periodical><pages>135-138</pages><volume>35</volume><number>10</number><keywords><keyword>Proteus</keyword><keyword>單片機</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單片機內部自帶有12位的A/D數模轉換模塊，可以實現輸入量的處理，然后經過主控芯片的處理，最后以數字量的形式輸出給液晶顯示模塊，以實現對電壓的測量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>忻州職業技術學院;</auth-address><titles><title>STM32單片機原理及硬件電路設計</title><secondary-title>南方農機</secondary-title></titles><periodical><full-title>南方農機</full-title></periodical><pages>163-164</pages><volume>51</volume><number>14</number><keywords><keyword>STM32單片機</keyword><keyword>原理</keyword><keyword>硬件電路設計</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>玉林師范學院;</auth-address><titles><title>基于單片機的高精度數字電壓表的設計</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引腳是復位引腳，可以對電路進行初始化操作。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是利用LM1117系列的低壓差穩壓器來供電，在800mA的負載電流下可以產生1.2V的壓差，通過外接一系列電容器實現3.3V的恒壓輸入，該低壓差穩壓器還提供有限制電流和熱關斷的能力，保證系統處于正常工作范圍之內，其內部還自帶一個調節器，保證輸出的電壓誤差在1%以內。利用LM1117DT-3.3來進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電源電路圖復位電路單片機的復位，是用復位引腳NRST來完成的，其有高電平和低電平兩種狀態。當處于低電平時，能夠實現電路的初始化，在單片機內部實現。當處于高電平時，引腳正常工作。復位電路如REF_Ref101087608\h圖3.3所示，NRST引腳外接電容和電阻。實驗開始時通電，此時電容電壓為零，低電平，單片機復位。當電壓達到3.3V時，電容開始充電，此時，NRST引腳處仍為低電平狀態。其中，要實現復位操作，復位的低電平時間要達到兩個機器周期，所以，電容兩端的電壓達到臨界電壓的時間要大于兩個機器周期。根據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復位電路圖晶振電路STM32系列單片機中有以下兩組晶振：（1）一個為8MHz，給單片機提供主時鐘；（2）另一個為32.768KHz，給RTC提供時鐘。時鐘電路也有兩種方式：（1）內部時鐘，是STM32內部的時鐘，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，讓內部的振蕩器自激振蕩，發出時鐘信號。為了使輸出量更加穩定，可以在晶振兩側加電容。本次設計采用內部時鐘來實現時鐘信號的測量與控制。LM016L顯示電路本次設計采用LM016L液晶顯示電路來進行數字量的顯示，可以使得讀數更為精確，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數字電壓表的電壓過大時，報警電路可以進行提示，該模塊利用單片機的看門狗特性，當輸入電壓大于3.3V時，會進行報警提示。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><recor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