數(shù)字電壓表的設(shè)計ppt課件.ppt

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1、數(shù)字電壓表的設(shè)計1.方案選擇2.A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計3.放大電路設(shè)計4.顯示電路設(shè)計5.自檢與自動校準(zhǔn)、自動量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計6.外部通訊接口7.基本要求8.擴(kuò)展要求1.方案選擇全硬件實(shí)現(xiàn)；基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；1.1全硬件實(shí)現(xiàn)選擇具有直接驅(qū)動LED或LCD顯示的A/D轉(zhuǎn)換器，其工作過程完全由硬件控制。該類ADC如ICL7106。原理框圖ICL7106及輔助元件LCD顯示器量程切換電路被測量1.方案選擇1.1基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案要點(diǎn)選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器；工作過程由單片機(jī)軟件控制；優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)展功能；數(shù)據(jù)處理；外部數(shù)據(jù)通訊原理框圖2.A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計ADC類型：數(shù)字電壓表中常采用雙

2、積分式ADC。具有較高的抗干擾特性。分辨力與轉(zhuǎn)換速度：12~16bit或31/2~41/2；幾次~幾百次/秒。啟動信號：輸出接口的某個位；單片機(jī)中可采用具有位操作的口線，如P1x。轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號：查詢方式：通過輸入接口的某個位讀取轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號；通過單片機(jī)具有位操作的口線讀取，如P1x。中斷方式：將轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號用作中斷信號。2.A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計參考（基準(zhǔn)）電壓：根據(jù)雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理，需要一個參考電壓，對于沒有內(nèi)部基準(zhǔn)的ADC，需外部提供。需注意基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)。如對于16bitADC，1LSB=1/216=1/65536=15ppm，即基準(zhǔn)電壓源的溫度系數(shù)應(yīng)好于15

3、ppm。參考時鐘：一般可采用外部晶體振蕩器構(gòu)成。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量讀?。憾M(jìn)制或十進(jìn)制；輸出編碼方式；并行或串行；內(nèi)部輸出鎖存；對8位單片機(jī)需用軟件兩次讀取。溢出、極性：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果除數(shù)字量外，一般還有溢出位和極性位。積分電容、積分電阻：基本關(guān)系式：3.放大電路設(shè)計儀用放大器（IA，InstrumentAmplifier）基本結(jié)構(gòu)：增益公式3.放大電路設(shè)計特點(diǎn)：三運(yùn)放結(jié)構(gòu)；高共模抑制比；雙端差分輸入?單端輸出；通常改變電阻R1，可改變增益；設(shè)計選型采用三運(yùn)放構(gòu)成，如OP07；采用集成IA，如AD620、PGA系列；對于小信號放大，通常采用兩級放大。4.顯示電路設(shè)計顯示方

4、式選擇：靜態(tài)顯示/動態(tài)掃描；對于3~4位數(shù)字電壓表，可采用靜態(tài)顯示方式顯示器件：LED或LCD靜態(tài)顯示接口設(shè)計：BCD?七段碼譯碼器；驅(qū)動器；鎖存器；通常：采用集成化器件，即譯碼器+驅(qū)動器+鎖存器，如常用的CD4511。注意：加限流電阻。自檢與自動校準(zhǔn)、自動量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計自檢輸入為已知的參考電壓或接地（0V），檢測A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。多個量程的自檢，需要不同的參考電壓。參考電壓大小一般可設(shè)置為80~90%FS。通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MUX）切換參考電壓和被測電壓。自動校準(zhǔn)測量電路、內(nèi)部器件存在零點(diǎn)和增益的漂移。校準(zhǔn)原理：5.自檢與自動校準(zhǔn)、自動量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計校準(zhǔn)過程：（1）零

5、點(diǎn)校準(zhǔn)：（2）參考電壓校準(zhǔn)：（3）接入被測電壓：校準(zhǔn)后結(jié)果：5.自檢與自動校準(zhǔn)、自動量程轉(zhuǎn)換電路設(shè)計自動量程轉(zhuǎn)換當(dāng)被測電壓變化時，選擇合適的輸入放大器增益，充分利用A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍，有利于提高測量分辨力。改換量程方式：手動、自動。自動量程轉(zhuǎn)換原理：注：相鄰量程之間應(yīng)有一定重疊。6.外部通訊接口常用接口方式：RS-232、EPP、USBRS-232:電平轉(zhuǎn)換；設(shè)計：UART芯片（如8250）或單片機(jī)的UART（最簡單的三線串口：發(fā)送、接收、信號地）。通訊規(guī)約：自定義——需考慮引導(dǎo)頭、數(shù)據(jù)塊、校驗碼等。實(shí)現(xiàn)——軟件編程。7.基本要求1.基本功能：數(shù)字電壓表的電壓測量。2.

6、注重獨(dú)立完成資料查閱、方案設(shè)計、原理設(shè)計、器件選型、實(shí)驗板制作、調(diào)試、測試、分析、撰寫設(shè)計報告的全過程訓(xùn)練。3.可參考已有設(shè)計或其它同學(xué)設(shè)計，但必須對設(shè)計方案和原理進(jìn)行較細(xì)致的闡述。4.分辨力：31/2~41/2或12bit~16bit。5.量程：4檔，可手動切換。6.設(shè)計報告：按科技文獻(xiàn)的規(guī)范化要求撰寫。應(yīng)有測試數(shù)據(jù)及誤差分析。8.擴(kuò)展要求除基本要求外，包括以下一項或多項：1.電流或電阻測量功能；2.自檢；3.校準(zhǔn)；4.自動量程轉(zhuǎn)換；5.LCD顯示；6.外部通訊接口；6.較好的設(shè)計工藝，具有一定的實(shí)用價值；7.設(shè)計報告規(guī)范、完整、圖表齊全、邏輯性強(qiáng)、可讀性好、數(shù)據(jù)分析正確。