《數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)》word版.docx

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1、數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)前言數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡(jiǎn)稱(chēng)DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿(mǎn)足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與PC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及

2、專(zhuān)用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私廨斎?輸出通道設(shè)計(jì)的基本原理和方法。掌握ADC0809芯片和AT89S51單片機(jī)的接口電路與程序設(shè)計(jì)。二硬件設(shè)計(jì)1.輸入電路圖2.1-1量程切換開(kāi)關(guān)輸入電路的作用是把不同量程的被測(cè)的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。智能化數(shù)字電壓表所采用的單片雙積分型ADC芯片ICL7135，它要求輸入電壓0-±2V。本儀表設(shè)計(jì)是0-1000V電壓，靈敏度高所以可以不加前置放大器，只需衰減器，如圖3.1.2所示9M、900K、90K、和10K電

3、阻構(gòu)成1/10、1/100、1/1000的衰減器。衰減輸入電路可由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇不同的衰減率，從而切換檔位。為了能讓CPU自動(dòng)識(shí)別檔位，還要有圖3.1.1的硬件連接。2.A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對(duì)測(cè)量電路極其重要，它的參數(shù)關(guān)系到測(cè)量電路性能。本設(shè)計(jì)采用雙積A/D轉(zhuǎn)換器，它的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是工作速度較低。在對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不高的場(chǎng)合如電壓測(cè)量有廣泛的應(yīng)用。（1）雙積A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理如圖2.2.1-1所示：(1)積分器?

4、?????積分器是轉(zhuǎn)換器的核心部分，它的輸入端所接開(kāi)關(guān)S1由定時(shí)信號(hào)Qn控制。當(dāng)Qn為不同電平時(shí)，極性相反的輸入電壓vI和參考電壓?VREF將分別加到積分器的輸入端，進(jìn)行兩次方向相反的積分，積分時(shí)間常數(shù)τ=RC。????(2)過(guò)零比較器????過(guò)零比較器用來(lái)確定積分器的輸出電壓v0過(guò)零的時(shí)刻。當(dāng)v0≥0時(shí)，比較器輸出vC為低電平；當(dāng)v0＜0時(shí)，vC為高電平。比較器的輸出信號(hào)接至?xí)r鐘控制門(mén)(G)作為關(guān)門(mén)和開(kāi)門(mén)信號(hào)。????(3)計(jì)數(shù)器和定時(shí)器?????它由n+1個(gè)接成計(jì)數(shù)器的觸發(fā)器FF0～FFn-1串聯(lián)組

5、成。觸發(fā)器FF0～FFn-1組成n級(jí)計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖CP計(jì)數(shù)，以便把與輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)計(jì)數(shù)到2n個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，F(xiàn)F0～FFn-1均回到0態(tài)，而FFn翻轉(zhuǎn)到1態(tài)，Qn=1后開(kāi)關(guān)S1從位置A轉(zhuǎn)接到B。(4)時(shí)鐘脈沖控制門(mén)?????時(shí)鐘脈沖源標(biāo)準(zhǔn)周期Tc，作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。當(dāng)vC=1時(shí)，門(mén)打開(kāi)，時(shí)鐘脈沖通過(guò)門(mén)加到觸發(fā)器FF0的輸入端。對(duì)輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分，先對(duì)輸入模擬電壓進(jìn)行積分，將其變換成與輸入模擬電壓成正比的時(shí)間間隔T1，再利用計(jì)數(shù)器測(cè)出

6、此時(shí)間間隔，則計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)字量就正比于輸入的模擬電壓；接著對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行同樣的處理。在常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片（如ADC0809、ICL7135、ICL7109等）中，ICL7135與其余幾種有所不同，它是一種四位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高（精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)）、價(jià)格低廉、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹用單片機(jī)并行方式采集ICL7135的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)電壓表和小型智能儀表的設(shè)計(jì)方案。（2）7135的應(yīng)用7135是采用CMOS工藝制作的單片4位半A/D轉(zhuǎn)換器，其所轉(zhuǎn)換的數(shù)字值以多工掃描的方式輸

7、出，只要附加譯碼器，數(shù)碼顯示器，驅(qū)動(dòng)器及電阻電容等元件，就可組成一個(gè)滿(mǎn)量程為2V的數(shù)字電壓表。7135主要特點(diǎn)如下：雙積型A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度慢。在每次A/D轉(zhuǎn)換前，內(nèi)部電路都自動(dòng)進(jìn)行調(diào)零操作，可保證零點(diǎn)在常溫下的長(zhǎng)期穩(wěn)定。在20000字（2V滿(mǎn)量程）范圍內(nèi)，保證轉(zhuǎn)換精度1字相當(dāng)于14bitA/D轉(zhuǎn)換器。具有自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能。能在但極性參考電壓下對(duì)雙極性模擬輸入電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，模擬電壓的范圍為0～±1.9999V。模擬出入可以是差動(dòng)信號(hào)，輸入電阻極高，輸入電流典型值1PA。所有輸出端和TTL電路相

8、容。有過(guò)量程（OR）和欠量程（UR）標(biāo)志信號(hào)輸出，可用作自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)。輸出為動(dòng)態(tài)掃描BCD碼。對(duì)外提供六個(gè)輸入,輸出控制信號(hào)(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于數(shù)字電壓表外,還能與異步接收/發(fā)送器,微處理器或其它控制電路連接使用。采用28外引線雙列直插式封裝，外引線功能端排列如圖所示。（3）AT89C51單片機(jī)芯片介紹：AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProg