【基于单片机的简易数字电压表的设计9400字（论文）】

基于单片机的简易数字电压表的设计内容摘要：在我们生产生活中会经常用到数字电压表，而且在电路设计中也会用数字电压表来测量电压，以前的电压表是电磁式的电压表，采用指针式来读数，可能会出现读数不准确等问题，而且是模拟式的，电压表的灵敏度也较低。为了能够更好地适应现在快速发展的电力电子市场和快速发展的电子行业，我们需要采用读数更为准确的数字式电压表，这种电压表利用液晶显示的方式来显示读数，可以提高读数的准确性，极大地减少了外在因素的影响。这种数字式电压表是把输入的直流电压模拟量，通过单片机内部自带的ADC转换成为数字式的电压值来输出。数字电压表的出现极大地方便了人们的生活和工作，取代了以前的电磁式电压表，标志着电压测量的新的里程碑。本次设计是利用Keil5进行编写C语言程序，利用Proteus8搭建电路原理图，来实现数字电压表对于电压的测量，并且研究其测量的准确性和精度，电路里面使用STM32系列单片机，内部自带有ADC，可以用来进行数模转换，用LM016L液晶显示器输出电压值，而且采用了低压差稳压器LM1117DT-3.3作为供电电源电路，通过软件方式实现量程的自动转换。关键词：数字电压表、STM32F103R6、模数转换、电压测量目录第1章绪论 11.1课题研究的背景及意义 11.2单片机简介 11.3国内外研究现状和发展趋势 21.3.1国内研究现状 21.3.2国外研究现状 31.3.3研究现状小结 31.4本文的研究内容 3第2章系统总体设计 42.1总体方案设计 42.2设计原理分析 42.2.1STM32F103R6单片机简介 42.2.2LM016L显示器简介 52.2.3ADC转换芯片简介 5第3章系统硬件电路设计 63.1系统组成 63.2主控芯片STM32F103R6 63.3电源电路 63.4复位电路 73.5晶振电路 73.6LM016L显示电路 83.7报警电路 8第4章系统软件设计 104.1系统主程序流程图 104.2ADC流程图 104.3LM016L液晶流程图 12第5章实验仿真与分析 135.1实验仿真 135.2实验分析 145.3结论 14第6章总结 15参考文献 17附录 19Proteus电路原理图 19PCB封装电路图 20绪论课题研究的背景及意义在电路电压测量中，为了提高工作效率，人们发明出来数字电压表，并且逐渐采用数字电压表来测量电压值，近些年以来，数字电压表不断发展，人们越来越想要提高其测量的精度，伴随着高精度数模变换器的出现，我们能够制造出的数字电压表精度更高，其种类越多，功能也越多，用途更广，性能也越来越强大。他们对电压测量的效率提高了，同时也提高了测量的精度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]。数字电压表的强大，是因为其使用了很多高科技零件，这些高科技产品还可以应用于其他领域，例如温度计，体重计，湿度计等，几乎覆盖了我们生活的各行各业，从而提高工作人员的工作效率。在电路的实验中，我们要测量一些数据，电压，频率，电流等，而且需要多次测量。所以我们需要提高工作效率，就要有更好的测量仪表，就有了数字电压表，其优点是精度高，读数准确等，故许多人都很喜欢使用。采用单片机来实现数字电压表的设计，数字量和模拟量之间利用AD转换方式实现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>武汉工程大学光电信息与能源工程学院;</auth-address><titles><title>基于AT89C51单片机的精密数字电压表设计</title><secondary-title>长春师范大学学报</secondary-title></titles><periodical><full-title>长春师范大学学报</full-title></periodical><pages>64-67</pages><volume>39</volume><number>02</number><keywords><keyword>电压表</keyword><keyword>单片机</keyword><keyword>A/D转换</keyword><keyword>液晶显示</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]。单片机简介单片机（microcontroller），是一种集成式电路芯片，他将一个计算机系统所必需的系统，以最小化，最简单的形式，通过电路焊接，集成到一个芯片上，构成一个系统，我们把他叫做最小系统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]，但功能却很强大。他又叫单片微控制器，作为微型计算机，通过集成电路技术的应用，把各种输入量数据集中到芯片中，实现了数据处理的快捷。他的体积小，价格便宜，功能全面，为我们认识、学习和开发单片机提供了很好的支撑，是我们学习计算机基础知识和单片机原理的最好的选择。单片机的组成及其作用如下：（1）中央处理器CPU，进行算数和逻辑运算；（2）只读存储器ROM，用来存放程序数据；（3）随机存取存储器RAM，用来寄存可以随时读写的数据；（4）多个I/O口，进行信息输入与输出；（5）中断系统，用来中断程序；（6）时钟电路，提供时钟。单片机的使用已经非常广泛了，在通讯设备，家用电器，航天技术等领域都体现了其强大的活力。从上世纪90年代以来，单片机技术就开始了发展，而且被应用于各个领域，仍在不断进步ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[4,5]。现如今，人们越来越重视电力电子和单片机的发展，并且将两者联系起来进行开发和应用，在电力电子产品领域中，由于大量使用单片机，使得智能化电子设备得到空前的发展和进步，让我们的生活更加便捷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>常州刘国钧高等职业技术学校;</auth-address><titles><title>单片机技术在智能化电子产品中的运用策略</title><secondary-title>信息记录材料</secondary-title></titles><periodical><full-title>信息记录材料</full-title></periodical><pages>137-138</pages><volume>22</volume><number>12</number><keywords><keyword>单片机技术</keyword><keyword>智能化电子产品</keyword><keyword>运用策略</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]。他作为计算机领域的一个分支，为电子技术行业开辟了广阔的前景。国内外研究现状和发展趋势数字电压表（DigitalVoltmeter），是用来测量电压的，他在上世纪50年代出现，创新之处在于他的测量方式，他利用数模转换，把输入的连续的直流电压，变为断续的数字量，然后利用液晶显示屏显示出来ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘景武</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>刘景武</author></authors></contributors><titles><title>几种数字仪表的技术特性</title><secondary-title>国外电工仪表</secondary-title></titles><periodical><full-title>国外电工仪表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>电压表</keyword><keyword>数字仪表</keyword><keyword>技术特性</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，这个仪器的出现，离不开现代实验对于电压测量速度和精确度要求的提高。因为在我们现在的许多实验中，我们需要及时并且准确的得到测量的电压值，这就需要电压测量仪器采用更加先进的技术来实现。另一方面，由于电压测量在电力电子技术和自动控制原理中的广泛应用，使得电力电子技术得到了空前的发展，进而带动了电压测量技术的提高，进而向着智能化仪表发展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>常州刘国钧高等职业技术学校;</auth-address><titles><title>单片机技术在智能化电子产品中的运用策略</title><secondary-title>信息记录材料</secondary-title></titles><periodical><full-title>信息记录材料</full-title></periodical><pages>137-138</pages><volume>22</volume><number>12</number><keywords><keyword>单片机技术</keyword><keyword>智能化电子产品</keyword><keyword>运用策略</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]。现在，数字化的电压表已经取代了传统的指针式电压表，由于传统的电压表利用指针来指向读数，依靠人眼来判断读数，可能会由于人为因素，从而造成读数产出较大误差，而且其功能单一，只能测量固定的电压值，所以逐渐被淘汰。而数字式电压表由于测量精确度高，读数准确，外界对其影响小，所以被用在电力电子等领域，前景广阔ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘景武</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>刘景武</author></authors></contributors><titles><title>几种数字仪表的技术特性</title><secondary-title>国外电工仪表</secondary-title></titles><periodical><full-title>国外电工仪表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>电压表</keyword><keyword>数字仪表</keyword><keyword>技术特性</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]。数字电压表具有以下特点：（1）准确度高，现如今的数字式电压表的测量准确度可以达到mV级别，远远超过传统的电磁式电压表。（2）测量速度快，利用单片机进行数据处理，因此他处理数据的速度比传统电压表要快。（3）显示数值清晰，读数准确，可以避免人为因素对于测量的误差，从而确保读数的准确性，同时，他还可以标注测量项目的符号，方便人们的读数。（4）抗干扰能力强，由于使用数字电压表对电压进行测量时，读数可以直观的体现在液晶显示屏上ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张苗</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>张苗</author></authors></contributors><auth-address>冠捷显示科技(武汉)有限公司;</auth-address><titles><title>液晶显示原理研究及显示缺陷分析</title><secondary-title>电子世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子世界</full-title></periodical><pages>83-84</pages><number>07</number><keywords><keyword>液晶显示</keyword><keyword>液晶显示器</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]，且内部拥有滤波电容，采用数字滤波，可以有效排除外来因素的干扰，保证读数的客观性。（5）数字电压表集成度高，把所有功能集中到一块芯片上面，体积小，因而整个系统功率耗能较低ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>刘景武</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>刘景武</author></authors></contributors><titles><title>几种数字仪表的技术特性</title><secondary-title>国外电工仪表</secondary-title></titles><periodical><full-title>国外电工仪表</full-title></periodical><pages>49-51</pages><number>06</number><keywords><keyword>伏特表</keyword><keyword>电压表</keyword><keyword>数字仪表</keyword><keyword>技术特性</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]。数字式电压表一开始是电子管比较式，优点是测量准确度比较高，但测量速度较慢，而且体积比较大，不利于实验的大量使用。之后又有了谐波式的电压表，他的采样速度有所提高，但准确度不够高，也因此被逐渐淘汰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]。直到现在，出现了数字式电压表，而且现在已经发展的相当成熟，不仅仅可以测量电压，还可以用来测量其他参数。利用集成电路中的单片机来对电压进行处理，精确度提升很大，而且测量速度比以往的电压表要快，已经成为了电气，电子，电工等各个领域用来测量电压的最佳选择。不仅如此，其制造和维护价格也比机械式电压表要便宜。国内研究现状通过查阅资料文献，发现国内对于电压表的描述，主要是以仿真的形式来研究的。文献[2]研究并设计了以单片机为主体的，用来测量电压的简易电压表，主要介绍了电路的硬件部分。文献[7]介绍了国外的一些数字电压表，这些电压表都具有代表性，并且列出了电压表的各种参数。同时，有关于仿真软件和单片机的介绍，文献[18]通过设计全双工通信电路，介绍了利用Proteus来进行实验仿真的主要流程，能让我们更熟练地使用Proteus。文献[19]讲了STM32单片机，介绍了他功能与使用原理，帮助我们详细了解该系列单片机。文献[23]分析了单片机的数模转换电路，有助于我们理解数模转换的原理。国外研究现状同时，也查阅了一些外文文献，国外的研究会具体到某一个模块上。文献[1]讲述了数字电压表的用途，并且对各种数字电压表作了简要介绍。文献[4]介绍了单片机在数据收集方面的强大之处。文献[13]介绍了一种非接触式的电压测量仪表,同样也是利用STM32来实现的,他里面用到的电压放大电路,电源电路,以及报警电路等,对我们设计单片机电路有很大帮助。文献[17]里面提到了20至400HZ的商用电压表的数模转换的性能,并且进行了相关实验。还查阅了一些关于单片机原理介绍的文献，其中，文献[22]中讲到单片机可以对信号进行控制,可以让我们了解单片机的内部工作原理。文献[26]对直流数字电压表的测量精度进行了实验分析,得出测量误差在允许范围之内。研究现状小结现如今，数字电压表的设计和开发，已经经过了数十年的发展和演变，拥有了多种类型和功能，而传统的电压表因为他们的缺点被逐渐替代，例如要对远程的电压进行测量，这就需要数字式电压表来完成，基于单片机的数字电压表可以很好地完成这个任务，利用远程信号采集装置对电压值进行采集并且输入到系统中，然后在内部进行数据处理，最后输出测得的数字量电压值，极大地方便了人们的工作。这些都是传统的那些电压表无法比较的，因此数字式电压表的研究与开发具有良好的前景。本文的研究内容本次设计的是数字电压表，用STM32F103R6单片机，他具有精度高等优点，对于他的研究对我们认识电压表具有很好的促进作用。此次设计可以锻炼自己的实践能力，通过了解数字电压表的结构，以及工作原理，利用自己编写的C语言代码，将其拷入到系统仿真图中，使数字电压表能正常工作。数字电压表在我们生活和工作的方方面面都可以被用到，所以对数字电压表的研究和设计就显得非常重要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>中国重庆</pub-location><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[10]。本次设计的主要研究内容如下：（1）了解STM32单片机的基本概念和原理，熟悉其工作原理和各个I/O口的功能。（2）熟悉数字电压表的体系结构、了解工作原理，熟练掌握在仿真软件Proteus上对该系统进行仿真与调试。（3）掌握基于单片机的数字电压表的各项主要性能指标。本次设计的具体目标如下：（1）分为三档量程：0～0.5V，0.5～1V，1～3VADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>齐祥明</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>齐祥明</author></authors></contributors><auth-address>安庆职业技术学院;</auth-address><titles><title>基于单片机的量程转换数字电压表设计</title><secondary-title>廊坊师范学院学报(自然科学版)</secondary-title></titles><periodical><full-title>廊坊师范学院学报(自然科学版)</full-title></periodical><pages>38-41</pages><volume>19</volume><number>04</number><keywords><keyword>单片机</keyword><keyword>量程转换</keyword><keyword>ADC0831</keyword><keyword>数字电压表</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）数字电压表测量的最小分辨率为1mV；（3）可以根据输入的电压值大小来自动选择量程；（4）采用字符液晶LM016L显示。系统总体设计总体方案设计本设计选用STM32F103R6单片机来进行实验，自带12位的ADC转换模块，可以将输入的电压进行数字化，进而输出ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[12,13]。该系统利用LM016L液晶显示屏来显示转换后的数字量，时钟电路提供时钟和周期，复位电路用来进行初始化，量程转换可以利用软件方式实现，由于该单片机引脚能承受的最大电压为3.3V，因此需要有报警电路，当输入电压大于3.3V时，可以通过报警电路中的蜂鸣器发出声音来进行提示。系统总体结构框图如REF_Ref101087512\h图2.1所示。图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s11系统总体结构框图设计原理分析STM32F103R6单片机简介STM32F103R6单片机采用了Cortex-M3的内核，性能较高，是以72MHz频率工作的，还有高速嵌入式储存器，以及具有各种功能的I/O口。供电选2至3.6V电源，工作范围是-40至+85℃温度之间，扩展后温度可达+105℃，所以允许单片机在低功耗下运行ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李辉</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>李辉</author></authors></contributors><auth-address>陕西烽火实业有限公司;</auth-address><titles><title>STM32单片机的原理分析与硬件电路设计</title><secondary-title>电子测试</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子测试</full-title></periodical><pages>31+26</pages><number>14</number><keywords><keyword>STM32</keyword><keyword>原理</keyword><keyword>硬件电路</keyword><keyword>设计</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]。该单片机中还有PWM定时器，ADC转换器，定时器，多种I/O口。STM32F103系列单片机具有许多良好的特性，使得他可以应用在生产和生活的方方面面，在电力电子和工业中可以利用他来制作逆变器，在PLC中可以用来进行中枢控制，还可以使用在各种电子设备中，例如扫描仪器，打印机，对讲机等仪器中ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[14,15]。LM016L显示器简介在日常生活中，液晶显示存在于电子产品中，例如电压表，液晶手表，计算器等。可以显示出来多种内容，包括数字，单位，符号等，便于人们直观和准确的读取所需的内容和数据。输出所需的元器件主要包括数码显示管，发光二极管和液晶显示器等。在单片机实验中，作为输出器件，液晶显示有以下优点：（1）显示质量高，数码显示器会随着时间一直刷新显示亮点，而液晶显示器则不会，在接收到单片机的指令后就持续显示不变，因此，液晶显示的质量要较高。（2）液晶显示器体积小，重量轻，便于操作人员进行移动测量。（3）采用数字式接口，简化了接口引脚之间的连接，方便连接时的操作，而且也更加可靠。（4）系统整体功耗较低，相对于LED数码显示器，功耗主要在内部，所以比其他的耗电量要少。LM016L模块有自己的指令集，可对字符操作，功能十分强大。有两种传输方式，分别是8位和4位并行，控制器是HD44780，控制器组成与功能如下：（1）指令寄存器，用来存放指令；（2）数据寄存器，用来保存运算结果；（3）字符发生器ROM和RAM，用来显示字符；（4）显示数据RAM，完成数据的显示ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>张苗</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>张苗</author></authors></contributors><auth-address>冠捷显示科技(武汉)有限公司;</auth-address><titles><title>液晶显示原理研究及显示缺陷分析</title><secondary-title>电子世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子世界</full-title></periodical><pages>83-84</pages><number>07</number><keywords><keyword>液晶显示</keyword><keyword>液晶显示器</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各引脚功能如REF_Ref101087558\h表21所示：表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11LM016L液晶显示模块各引脚功能ADC转换芯片简介在STM32F103系列单片机芯片中，有两个12位的数模转换器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>青岛杰瑞工控技术有限公司;</auth-address><titles><title>基于STM32和AD5791的高精度数模转换电路设计</title><secondary-title>电子产品世界</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子产品世界</full-title></periodical><pages>39-42</pages><volume>27</volume><number>06</number><keywords><keyword>数模转换器</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]。通过对输入量自动扫描，并进行数模转换，内部的附加逻辑功能可以使输入量保持。ADC中有一个控制器DMA，他具有看门狗的功能，可以允许特定的，或者全部通道，对电压进行数模转换，当电压超出阈值时，会中止转换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]。系统硬件电路设计系统组成本系统是利用STM32F103系列芯片来设计的数字电压表，该系统主要由STM32单片机，内部自带时钟电路，外接有复位电路，显示电路和报警电路等共同组成ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>孙万麟</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>孙万麟</author></authors></contributors><auth-address>昌吉学院物理系;</auth-address><titles><title>基于Proteus的单片机通信电路设计</title><secondary-title>实验室研究与探索</secondary-title></titles><periodical><full-title>实验室研究与探索</full-title></periodical><pages>135-138</pages><volume>35</volume><number>10</number><keywords><keyword>Proteus</keyword><keyword>单片机</keyword><keyword>全双工通信电路</keyword><keyword>仿真图表</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单片机内部自带有12位的A/D数模转换模块，可以实现输入量的处理，然后经过主控芯片的处理，最后以数字量的形式输出给液晶显示模块，以实现对电压的测量ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王晓彦</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>王晓彦</author></authors></contributors><auth-address>忻州职业技术学院;</auth-address><titles><title>STM32单片机原理及硬件电路设计</title><secondary-title>南方农机</secondary-title></titles><periodical><full-title>南方农机</full-title></periodical><pages>163-164</pages><volume>51</volume><number>14</number><keywords><keyword>STM32单片机</keyword><keyword>原理</keyword><keyword>硬件电路设计</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>吴顺柳</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>吴顺柳</author></authors></contributors><auth-address>玉林师范学院;</auth-address><titles><title>基于单片机的高精度数字电压表的设计</title><secondary-title>电子制作</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子制作</full-title></periodical><pages>87-89+69</pages><number>21</number><keywords><keyword>数字电压表</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主控电路主要由单片机STM32F103R6芯片组成，主控芯片电路图如REF_Ref101087574\h图3.1所示。其中NRST引脚是复位引脚，可以对电路进行初始化操作。VBAT引脚和BOOT0引脚相连的目的是给RTC选择启动模式。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s11主控芯片电路图电源电路该系统是利用LM1117系列的低压差稳压器来供电，在800mA的负载电流下可以产生1.2V的压差，通过外接一系列电容器实现3.3V的恒压输入，该低压差稳压器还提供有限制电流和热关断的能力，保证系统处于正常工作范围之内，其内部还自带一个调节器，保证输出的电压误差在1%以内。利用LM1117DT-3.3来进行供电的电路接线图如REF_Ref101087588\h图3.2所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s12电源电路图复位电路单片机的复位，是用复位引脚NRST来完成的，其有高电平和低电平两种状态。当处于低电平时，能够实现电路的初始化，在单片机内部实现。当处于高电平时，引脚正常工作。复位电路如REF_Ref101087608\h图3.3所示，NRST引脚外接电容和电阻。实验开始时通电，此时电容电压为零，低电平，单片机复位。当电压达到3.3V时，电容开始充电，此时，NRST引脚处仍为低电平状态。其中，要实现复位操作，复位的低电平时间要达到两个机器周期，所以，电容两端的电压达到临界电压的时间要大于两个机器周期。根据RC电路的充电方程，一般选择0.1uF的电容和10KΩ的电阻，可以满足要求。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s13复位电路图晶振电路STM32系列单片机中有以下两组晶振：（1）一个为8MHz，给单片机提供主时钟；（2）另一个为32.768KHz，给RTC提供时钟。时钟电路也有两种方式：（1）内部时钟，是STM32内部的时钟，但精度不高，而且随温度变化较大。（2）外部时钟，是在外面连接晶振，让内部的振荡器自激振荡，发出时钟信号。为了使输出量更加稳定，可以在晶振两侧加电容。本次设计采用内部时钟来实现时钟信号的测量与控制。LM016L显示电路本次设计采用LM016L液晶显示电路来进行数字量的显示，可以使得读数更为精确，不仅可以显示测量的电压值，还可以显示使用的挡位，显示电路如REF_Ref101087637\h图3.4所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s14LM016L显示电路报警电路当数字电压表的电压过大时，报警电路可以进行提示，该模块利用单片机的看门狗特性，当输入电压大于3.3V时，会进行报警提示。电路由PA5引脚控制，由一个PNP型三极管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>张国恒</author></authors></contributors><auth-address>兰州师范高等专科学校物理系!甘肃兰州730070,西北民族学院物理系!甘肃兰州730000</auth-address><titles><title>PNP型三极管内部载流子的传输过程及电流放大原理</title><secondary-title>甘肃高师学报</secondary-title></titles><periodical