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《直流電壓的測量實(shí)踐設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、.西安科技大學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院:專業(yè)名稱:設(shè)計(jì)題目:直流電壓的測量姓名:學(xué)號:指導(dǎo)教師:...直流電壓的測量1.實(shí)習(xí)內(nèi)容、要求及指標(biāo)1.1設(shè)計(jì)一個(gè)可變量程的數(shù)字式直流電壓表,要求及設(shè)計(jì)指標(biāo)如下:(1)測量范圍:20mV-1000V設(shè)置4個(gè)量程:200mV-2V,2V-20V,20V-200V,200V-2000V.(2)測量精度:200mV(3)測量誤差允許范圍:<=1%。(4)顯示:用四位七段數(shù)碼管顯示電壓讀數(shù)。1.2設(shè)計(jì)方案中能用軟件完成功能的盡量用軟件實(shí)現(xiàn),這樣可以減少產(chǎn)片的成本,也減少精簡的一些干
2、擾。1.3本實(shí)驗(yàn)采用的是STC12C5A32AD單片機(jī)。2.測量原理及電路設(shè)計(jì)2.1數(shù)字式直流電壓測量原理數(shù)字式直流電壓表的組成結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:圖1數(shù)字直流電壓表結(jié)構(gòu)圖直流電壓經(jīng)過輸入電路變換為合適的電壓后,用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓變換成數(shù)字量,再由電子計(jì)數(shù)器對數(shù)字計(jì)數(shù)得到測量結(jié)果,邏輯控制電路控制電路的協(xié)調(diào)工作,在時(shí)鐘的作用下順序完成整個(gè)測量過程。這次設(shè)計(jì)采用多的是STC12C5A32AD系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī),電壓輸入型A/D,可做溫度檢測,電池電壓檢測,按鍵掃描,頻譜檢測等。10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果
3、計(jì)算公式如下:(ADC_DATA[7:0],ADC_LOW[1:0]=1024*Vin/Vcc.2.2直流電壓測量原理框圖如下:...圖2,電壓測量原理框圖2.3直流大電壓信號的測量在AD采樣前面加一級分壓電路即分壓器,可以擴(kuò)展直流電壓測量的量程。如下圖所示:U0位電壓表的量程,r位其內(nèi)阻,r1,r2位分壓電阻U0為擴(kuò)展后的量程。以下是各種與直流電壓測量相關(guān)的原理圖及電路圖:2.3.1分壓電路原理圖:數(shù)字電壓表0~ui0r1r2r0~u0圖3,分壓電路原理圖2.3.2多量程分壓器原理:...圖4,多量程分
4、壓器原理采用這種分壓電路雖然可以擴(kuò)展電壓表的量程,但在小量程檔明顯降低了電壓表的輸入阻抗,著在實(shí)際使用中是所部希望的,所以,實(shí)際數(shù)字萬用表的直流電壓檔為下圖所示:他能在不降低輸入阻抗的情況下達(dá)到相同的分壓效果。2.4直流小電壓信號圖5,直流小信號放大電路對于直流小信號(20Mv-200Mv)的測量,需要設(shè)計(jì)信號放大電路將信號適當(dāng)?shù)姆糯笤龠M(jìn)行AD采樣,放大電路原理如下圖所示:1.硬件電路原理圖及調(diào)試過程:...圖6.外接硬件電路原理圖這次課程設(shè)計(jì)我們花在焊接和程序的編寫上的時(shí)間并不是太多,電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試
5、才占用了大部分的時(shí)間。調(diào)試試過程是按照先局部后整體的思路進(jìn)行的。詳細(xì)敘述如下:3.1.分局部調(diào)試:3.1.1模擬部分的調(diào)試模擬部分的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)我們的檢查模擬開關(guān)是否工作、調(diào)節(jié)各量程放大倍數(shù)是否到設(shè)計(jì)指定值等。①檢查模擬開關(guān)是否工作:?模擬開關(guān)集成了四個(gè)開關(guān)。共有四個(gè)控制端。如果某一控制端為高電平則對應(yīng)的開關(guān)將接通。為測量其是否工作,我們將它的四個(gè)控制端用導(dǎo)線引出分別接高低電平,發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果與理論分析結(jié)果一致,工作正常。各量程放大倍數(shù)的調(diào)節(jié):?這一步調(diào)試是建立在上述兩步調(diào)試的基礎(chǔ)上的。針對不同的檔位,我
6、們通過接入不同的待測的模擬輸入電壓來調(diào)節(jié)放大電路的放大倍數(shù)。調(diào)試測量20到200V檔的放大倍數(shù)時(shí),我們選擇的輸入電壓為80V,按照設(shè)計(jì),該電壓在經(jīng)過衰減電路后不放大。前面已經(jīng)說過,我們設(shè)定的衰減比例為1/4,因此LM358輸出端(7腿)的電壓應(yīng)該為20V,經(jīng)過萬用表測量,電壓為20V,調(diào)試成功。在調(diào)節(jié)20到200V檔的放大倍數(shù)時(shí),我們選擇的電壓為30V,該電壓應(yīng)該先衰減到原來值的1/4再經(jīng)過4倍放大電路后大小不變。我們通過調(diào)節(jié)控制放大倍數(shù)的電位器使LM358的7腿的電壓為30V達(dá)到放大倍數(shù)調(diào)節(jié)的目的。同理
7、,在調(diào)節(jié)其他檔位的放大倍數(shù)時(shí)也是通過上述方法調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器實(shí)現(xiàn)的。...3.1.2譯碼部分的調(diào)試圖7,74HC595結(jié)構(gòu)圖譯碼部分主要是檢驗(yàn)74HC595片選和譯碼是否正常。我們選用了檢測數(shù)碼管以及74HC595是否完好的程序進(jìn)行下載并檢測,這樣不僅可以檢測這兩部分是否完好,而且還可以檢測電路板及單片機(jī)是否完好。我們通過給單片機(jī)下載檢測程序,結(jié)果在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字與我們預(yù)期的結(jié)果又很大的出入,經(jīng)過我們一番檢查也沒找出原因之所在,最后我們問王老師才知道原來是我們的74HC595芯片給焊接錯(cuò)了,由于我焊接
8、時(shí)出心大導(dǎo)致把74HC595的兩根管腳短焊了,這才沒有達(dá)到預(yù)期的效果,經(jīng)過后來的一番改進(jìn),終于實(shí)現(xiàn)了檢測功能。3.1.3單片機(jī)與譯碼部分整體調(diào)試上面是對譯碼部分單獨(dú)進(jìn)行了調(diào)試,而74HC595和數(shù)碼管的工作是要在單片機(jī)的控制下工作的,所以我們做了這樣一步測試。我為單片機(jī)編寫了在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮數(shù)碼管并讓四個(gè)數(shù)碼管依次顯示“0,1,2,3,到9”的程序,燒錄并將單片機(jī)接入電路后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管上顯示的為“0000,1111,….999