積分式直流數(shù)字電壓表

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1、積分式直流數(shù)字電壓表（G題）20摘要:此設(shè)計(jì)是基于AT89S52單片機(jī)和高精度A/D芯片ADC7705制作的積分式直流數(shù)字電壓表，其中A/D為16位，精確度最高可達(dá)0.05mV，該型數(shù)字電壓表測量電壓類型是直流，測量范圍是0～3V，分為0--200mV和200mV—3V兩個檔位，量程可以自動轉(zhuǎn)換。整個電壓表設(shè)計(jì)有精度高、電路簡潔、布局合理等優(yōu)點(diǎn)，并且具有適時自動校準(zhǔn)功能，以適應(yīng)周邊環(huán)境變化。在電壓輸入端，使用運(yùn)算放大器作為輸入緩沖級，因而具有輸入電阻大，抗干擾能力強(qiáng)、線性度好等特點(diǎn)。在電壓采樣方面，應(yīng)用多次采集求平均值的方法以獲得精度較高的采樣值，再進(jìn)行運(yùn)算處理和顯示。

2、顯示部分選用了液晶顯示屏，在達(dá)到5位數(shù)字顯示的同時還可以顯示單位等。開機(jī)設(shè)有歡迎界面。本電壓表設(shè)計(jì)簡潔，測量精度高，穩(wěn)定性好，完全達(dá)到了題目基本部分和發(fā)揮部分要求。一、設(shè)計(jì)方案與比較方案一:使用ADC0809(8位并口)作為A/D，用AT89S52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果送給數(shù)碼管顯示出來。輸入部分直接使用電阻分壓、阻容積分，再耦合到A/D轉(zhuǎn)換。此設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、元器件少、編程容易。但是做出的電壓表精度不高，顯示位數(shù)少，輸入電阻小。分壓和積分電路ADC0809LEDAT89S52電源圖1方案一原理框圖方案二:在電壓輸入部分增加運(yùn)算放大器作為輸入緩沖，選用16位串口A

3、/D芯片ADC7705，AT89S52單片機(jī)，顯示部分使用液晶屏幕。此設(shè)計(jì)方案優(yōu)點(diǎn)：測量精度大大提高，顯示達(dá)到5位，輸入電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1M。缺點(diǎn)：電路復(fù)雜、編程難度增大。電壓跟隨與預(yù)處理電路積分電路A/D采樣單片機(jī)控制數(shù)據(jù)處理雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)電路電源液晶顯示輸入圖2方案二原理框圖經(jīng)過分析比較選用了方案二作為本次電壓表的設(shè)計(jì)方案。20選用電壓型運(yùn)算放大器LF356作為輸入緩沖，轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)過積分后分壓送至A/D，由A/D芯片對電壓采樣，數(shù)據(jù)送單片機(jī)處理后給液晶顯示。AT89S52單片機(jī)是目前使用最廣泛的單片機(jī)種類，功能強(qiáng)大，價(jià)格便宜。所以選用此單片機(jī)制作電壓表。顯示部分選用液晶屏

4、幕，減小電路板面積，提高分辨率。二、電路結(jié)構(gòu)與原理2.1系統(tǒng)原理方框圖如圖2所示，待測的電壓由輸入端的電壓跟隨運(yùn)放電路轉(zhuǎn)換成線性比例的模擬量，再對模擬電壓進(jìn)行積分處理和分壓后送至A/D轉(zhuǎn)換芯片，采樣獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，由液晶顯示出所測電壓值。輸入部分分別串、并接入適當(dāng)大小的阻容元件，減少工頻干擾。積分電路主要作用是抑制電壓的波動，使得數(shù)據(jù)采集比較平穩(wěn)，顯示數(shù)值比較穩(wěn)定。雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)電路是一個一鍵控制的開關(guān)電路，用于控制電壓表的電源。2.1.1電壓跟隨電路運(yùn)算放大器LF356具有良好電壓線性放大效果，輸入電阻大。設(shè)計(jì)電路如下圖所示。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RB

5、2的大小可改變運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)，用于機(jī)械調(diào)零。LF356的正輸入端（3腳）作為電壓輸入端，并一電阻和電容接地。圖3LF356電路2.1.2A/D芯片基準(zhǔn)電壓A/D轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓影響模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，同時基準(zhǔn)電壓可用于系統(tǒng)自動校零，故其電壓值要準(zhǔn)確、穩(wěn)定，選用了可微調(diào)穩(wěn)壓二極管LF336得到2.5V電壓，分壓后獲得1.225V基準(zhǔn)電壓。圖4基準(zhǔn)電壓電路2.1.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路和電源20單片機(jī)和ADC7705要求工作電壓為5V，選用三端穩(wěn)壓管LF7805CV把9V電源穩(wěn)壓到5V，由于單片機(jī)功率很小，所以穩(wěn)壓管無須加散熱片。圖5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路2.1.4積分電路由運(yùn)

6、算放大器LF356、可調(diào)電阻、耦合電容等元件組成(參見圖3)，運(yùn)放輸出端由電容耦合到放大器的負(fù)輸入端，再經(jīng)過電阻接地，從而組成積分放大電路，放大輸出電壓經(jīng)過電阻分壓、電容積分后送A/D。放大器的放大倍數(shù)可通過調(diào)節(jié)負(fù)反饋電阻的大小改變，積分度可通過調(diào)整電容和接地電阻的大小改變。2.1.5A/D采樣電路A/D采樣電路是由芯片ADC7705、時鐘電路、基準(zhǔn)電壓電路和相應(yīng)阻容元件構(gòu)成，時鐘頻率為4.0MHZ，參考電壓設(shè)為1.225V，+5V供電，如圖6所示。圖6A/D采樣電路202.1.6雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)電路分立元件構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)開關(guān)電路，可以由一個按鍵控制電源的開關(guān)，也可以由單片

7、機(jī)發(fā)送觸發(fā)電平關(guān)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)自動關(guān)機(jī)功能（長時間無操作關(guān)機(jī)）。圖7雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)電路2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)總原理圖積分式數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)總圖(包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、PC接口電路、A/D接口電路、積分電路、開關(guān)電路和電源電路)，如附件一。三、理論分析與計(jì)算3.1電壓表分辨率（A/D轉(zhuǎn)換精度）ADC7705為16位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，每個單位量i=1/65535，基準(zhǔn)電壓為1.225V，每個單位量的電壓量j=1.225V/65535，量程設(shè)計(jì)為0—3V，精確度可以計(jì)算為：ξ=3V/1.225V*j=3V/65535=0.V=0.046mV所以分辨率很高。3.2