三位半直流數(shù)字電壓表的設計與制作文獻綜述

1、三位半直流數(shù)字電壓表的設計與制作 學校代碼： 學 號： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文獻綜述 題 目 _ 三位半直流數(shù)字電壓_ _ 表的設計與制作_ _學生姓名 XXX 專業(yè)班級 xxx 學 號 xxx 系 （部） 電氣信息工程學院 指導教師(職稱) 呂寬洲（副教授） 完成時間 2012年 1 月 23日 三位半直流數(shù)字電壓表的設計與制作摘要：本文首先對當前的電壓表測量電路的方法進行了簡要介紹，然后分析其制作方法，比較優(yōu)缺點，并對所用的電路分析，簡要介紹各個方案。最后綜合各個方案優(yōu)缺點，分析出了制作數(shù)字式溫度測量電路的大致思。關(guān)鍵字：數(shù)字電壓表 電壓測量 A/

2、D轉(zhuǎn)換 顯示電路數(shù)字電壓表在1952年由美國NLS公司首次從電位差計的自動化過程中研制成功。50多年來，數(shù)字電壓表有了不斷的進步和提高。數(shù)字電壓表剛開始是4位顯示，然后是5位、6位，而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示。DVM的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于電子、電工測量，自動化測試系統(tǒng)等領(lǐng)域。故數(shù)字電壓表已成為一種必不可少的測量儀器。文獻【1】: 介紹了一種基于AT89S51 單片機的數(shù)字電壓測量的設計方法。本文中數(shù)字電壓測量裝置的核心采用AT89S51 單片機，A/D 轉(zhuǎn)換器采用TLC549 為主要硬件，實現(xiàn)數(shù)字電壓測量的硬件電路與軟件設計。該

3、系統(tǒng)的數(shù)字電壓測量電路簡單，所用的元件少，成本低。數(shù)字電壓測量裝置可以測量0500V 的電壓值，并在四位LED 數(shù)碼管上顯示。數(shù)字電壓測量裝置可以測量0500V 的電壓值，89S51 為8 位處理器，當TLC549 輸入電壓為5V 時，輸出數(shù)據(jù)為255。因此最大分辨率為1.96V （5/255）。如要獲得更高的精度要求，應采用位數(shù)更高的A/D 轉(zhuǎn)換器。電壓測量的數(shù)字化顯示是將連續(xù)的模擬量，如交流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。文獻【2】：本文介紹了一種基于單片機的積分式直流數(shù)字電壓表, 該電壓表由模擬和數(shù)字兩部

4、分構(gòu)成, 系統(tǒng)框圖如圖1 所示.模擬電路部分為被測電壓信號通過自動量程選擇電路, 采用雙積分A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號.雙積分A/D 轉(zhuǎn)換器是由OP07 集成運放和LM393 運算放大器組成, 利用CD4066 電子開關(guān)來實現(xiàn)自動校零和量程轉(zhuǎn)換功能, 其突出優(yōu)點是對噪聲和某些特定頻率( 如工頻) 的干擾有非常好的抑制作用, 因而,非常適合在噪聲和工頻干擾嚴重的環(huán)境中.數(shù)字電路部分以AT89S52 為核心, 控制由光電耦合器6N137耦合過來的數(shù)字信號.光電耦合器能有效地抑制尖脈沖和各種噪聲, 使信噪比大為提高, 其響應延遲時間只有10s 左右, 響應速度快, 實現(xiàn)了模擬信號與數(shù)字信號的隔離.最后,

5、 由6 位數(shù)碼管LED 自動顯示量程和電壓值.測試結(jié)果表明，該積分式A/D 數(shù)字電壓表測量誤差較小, 且工作穩(wěn)定。該直流數(shù)字電壓表利用雙積分A/D 轉(zhuǎn)換原理,結(jié)合單片機實現(xiàn)了對電壓信號進行分析的功能.測量范圍為1mV2V, 測量誤差0.5%, 測量分辨率達到0.1mV, 能得到比較理想的測量精度, 較好地抑制了工頻干擾, 并能實現(xiàn)自動校零和量程轉(zhuǎn)換功能.調(diào)試系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)積分線性不是很好, 在查找了大量資料后發(fā)現(xiàn)是由于積分電容的溫度穩(wěn)定性差, 造成了誤差分布不均, 而且OP07 運放的溫度穩(wěn)定性不理想, 失調(diào)電流大, 這都是造成誤差分布不均的原因。要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度, 對模擬電路模塊的設計將

6、非常重要, 不僅要掌握好各種芯片的性能指標, 還要特別注意基準電壓的調(diào)節(jié), 否則會影響整個系統(tǒng)的性能, 這將是下一步研制的重點。文獻【3】：本文介紹了數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型和工作原理。數(shù)字電壓表的種類繁多，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。較為常用的分類方法是按其工作原理來劃分，一般可分為比較式數(shù)字電壓表、電壓時間變換式數(shù)字電壓表、電壓頻率變換式數(shù)字電壓表、復合式數(shù)字電壓表。上述各類數(shù)字電壓表中，逐次比較式和雙積分式是最常用的。數(shù)字電壓表是一種精密的電子儀器，它主要由輸入電路、AD 轉(zhuǎn)換器、邏輯控制電路、計數(shù)器、譯碼顯示電路以及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作過程主要為以下三步：一是

7、輸入模擬量的直流電壓；二是AD 變換器將模擬量直流電壓變換成數(shù)字量脈沖輸出；三是計數(shù)器檢測脈沖數(shù)，由譯碼顯示電路以數(shù)字形式顯示被測電壓值。由此可見，數(shù)字電壓表的核心是模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)電路。AD 變換器把被測電壓直接或間接地轉(zhuǎn)換為與之成比例的數(shù)字量。在各類數(shù)字電壓表中，最常用的AD 轉(zhuǎn)換器是逐次比較式和雙積分式轉(zhuǎn)換器。數(shù)字電壓表是利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換原理，將被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓測量儀表。數(shù)字電壓表與指針式電壓表相比，具有精度高、速度快、輸入阻抗大、數(shù)字顯示、讀數(shù)方便準確、抗干擾能力強、測量自動化程度高等優(yōu)點。若將基本的直流數(shù)字電壓表，配上各種適當?shù)妮斎朕D(zhuǎn)

8、換電路(如交流直流轉(zhuǎn)換器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、歐姆電壓轉(zhuǎn)換器、相位電壓轉(zhuǎn)換器等)，則可構(gòu)成多功能的數(shù)字電壓表，即數(shù)字萬用表。目前這類數(shù)字萬用表已成為數(shù)字電壓表的主流。本次設計電壓時間變換式數(shù)字電壓表，采用雙積分式AD轉(zhuǎn)換器。文獻【4】：介紹了譯碼驅(qū)動電路芯片CD4511的特點和內(nèi)部電路構(gòu)成。封裝形式和外部引腳分布，使用方法和注意事項等內(nèi)容。說明了CD4511電源范圍是5V15V之間，為16引腳雙列直插方式。注意使用時輸出端不能短路，電路輸出端要接限流電阻。CD4511是由COS/MOS邏輯器件和雙極性晶體管構(gòu)成，如此組合，是芯片具有低靜態(tài)耗散和高抗干擾濟源電流高的特點，所以可以直接驅(qū)動LED和其它

9、器件。驅(qū)動數(shù)碼管時具有監(jiān)測顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲、選通等多種功能。文獻【5】：本文介紹一種高精度數(shù)字電壓表設計方案。針對電阻應變片式傳感器生產(chǎn)中的信號靈敏度檢測,該方案利用CS5532高精度A /D轉(zhuǎn)換芯片對小信號電壓進行高精度測量。本方案根據(jù)傳感器制造廠家的要求,專門用于電阻應變片式傳感器制造作業(yè)中的信號靈敏度測試。產(chǎn)品只有做到精度高，成本低廉,操作簡單，才能在實際生產(chǎn)中得到應用。做電壓表，要盡可能精度高，成本低，操作簡單。文獻【6】：介紹了精密測量儀表中, 對測量電路的非線性、溫度漂移、時間漂移、暫穩(wěn)態(tài)過程等引入的誤差進行連續(xù)及定時校正的措施, 通過指數(shù)曲線、時間序列分析及二次曲線的預測校正

10、來減小定時校正的讀數(shù)跳變, 使測量精度主要取決于基準電壓及測量電路的分辨率。精密測量中,由于采用高精度的運放、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及基準電壓等電路, 使穩(wěn)定性及精度得到提高, 但由于容性、感性器件的存在及儀表內(nèi)溫度場不穩(wěn)定, 使電路存在暫態(tài)過程。環(huán)境溫度變化也會引起模擬器件漂移。只要測量電路在短期內(nèi)穩(wěn)定, 就能通過校正來消除這些誤差, 使測量精度主要取決于基準及分辨率。文獻【7】：本文介紹電壓測量電路框圖及提高電壓測量準確度的具體方法。在電聲技術(shù)中, 經(jīng)常會遇到電壓測量或計量的問題。許多非電量如溫度、壓力等也常常轉(zhuǎn)化為電壓來測量, 提高電壓測量的準確度是我們追求的目標。此次設計中有必要考慮采用自動校準放

11、大器，來提高測量精度。文獻【8】：本文介紹了電壓測量線路對高精度標準電能表的影響。電壓測量線路對高精度標準電能表的影響根據(jù)試驗結(jié)果, 分析了電壓測量線路接線之間的分布電容, 對電壓輸入部分采用電阻分壓器的高精度標準電能表測量時產(chǎn)生的誤差, 進而提出減少其誤差的措施。電壓測量線路分布電容對某些高精度電能表引的測量誤差是不能忽視的, 所以高精度的標準電能表( 尤其是0.02 級以上的) 電壓線路部分采用普通的電阻分壓器是不合適的, 應采用高精度的電壓互感器或采用具有等電位屏蔽的電阻分壓器。目前如要使用電壓測量線路已采用普通的電阻分壓器高精度標準電能表時, 應只連接所校驗的電壓量的測量線路, 其余測

12、量端均不能接測量線, 這樣做可使由分布電容引起的誤差達到可以忽略的程度。文獻【9】：提出并設計了一種適用于電壓表的量程自動轉(zhuǎn)換電路. 該電路通過對被測電壓的判斷和量程選擇器的控制,實現(xiàn)了在高精度儀表中量程的自動選擇. 電路選用低成本的普通元件, 在有效范圍內(nèi)能實現(xiàn)電壓自動測量, 并且運用EWB 仿真軟件對所設計的局部電路進行了仿真, 得到了預期的結(jié)果.提出并設計了一種適合于智能電壓表的量程自動轉(zhuǎn)換電路，可借鑒。文獻【10】：本系統(tǒng)是一種基于AT89C52 單片機開發(fā)的量程自動轉(zhuǎn)換電壓表的設計,以AT89C52、AD574 為核心,構(gòu)成完備的測量系統(tǒng),可以對01000V電壓范圍的電壓進行量程自動

13、轉(zhuǎn)換的精確測量。本文采用程控放大器實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。用89C52 進行數(shù)據(jù)控制、處理,送到顯示器顯示,硬件結(jié)構(gòu)簡單,軟件采用匯編語言實現(xiàn),程序簡單、可讀寫性強、效率高。與傳統(tǒng)的電路相比,具有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價比高的優(yōu)點。文獻【11】: 電壓是七個基本物理量之一, 在電子測量中無論是電量還是非電量均可以轉(zhuǎn)換為電壓來測量和表征, 因此有關(guān)電壓測量的技術(shù)、方法事關(guān)測量的正確與否, 本文就電壓測量的有關(guān)問題作了初步探討。電子測量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測量技術(shù)。它是測量學、電子學、計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它除對各種電量、電信號及電路元器件的特性和參數(shù)進行測量外, 還可通過各種敏感器件

14、和傳感裝置對非電量進行測量。而電壓測量是電子測量中的基本內(nèi)容, 也是集中電路中表征電信號能量的三個基本參數(shù)之一,許多派生量都可以通過電壓測量獲取其量值。因此在學習過程中對電壓測量中有關(guān)問題重點加以討論很有必要。文獻【12】：介紹了直流數(shù)字電壓表示值誤差的測量結(jié)果不確定度, 本文闡述了文中特殊情況可直接使用本不確定度的評定方法, 其中直流電壓10V 點的測量結(jié)果的不確定度可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。利用半導體激光和CCD 接收與示波器顯示相結(jié)合這種測量方法, 它不僅改變了傳統(tǒng)旋光儀簡單的入射光和接收系統(tǒng), 它能使學生將激光的高亮度、光電接收轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及示波器有效的聯(lián)系在一起, 進一步提高了學生

15、綜合使用多種儀器的能力, 同時提高了測量的精度。文獻【13】：此文獻介紹了基于AT89C51單片機的數(shù)字電壓表的Proteus仿真設計與應用。本系統(tǒng)采用AT89C51 單片機、A /D 轉(zhuǎn)換器ADC0808和共陽極數(shù)碼管為主要硬件,詳細分析了數(shù)字電壓表Proteus軟件仿真電路設計及編程方法。Proteus軟件是一種電路分析和實物模擬仿真軟件。它運行于Window操作系統(tǒng)上,可以進行仿真、分析( SPICE)各種模擬器件和集成電路,是集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件,功能強大,具有系統(tǒng)資源豐富、硬件投入少、形象直觀等優(yōu)點熟悉了proteus軟件的使用方法，知道如何和進行電路仿真，電路原

16、理圖繪制的工作。文獻【14】：介紹了如何利用Altum designer的EDA軟件繪制電路圖，闡明了如何進行電路原理圖繪制，模擬電路和數(shù)字電路混合信號的仿真，多層印制電路板設計，圖標生成，電子表格生成的具體操作。并介紹了如何繪制PCB圖，繪制PCB電路圖所要遵循的原則和規(guī)則，如何使最終的電路板可靠性高的原則。由此可學到如何繪制PCB。文獻【15】：給出了當前電子器件的大致價格，芯片使用場和性價方面的建議。我們在選擇電子器件的時候能參考價格和需要來選擇。關(guān)于三位半數(shù)字電壓表的設計最常見的有兩種方案：方案一：由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建。此類數(shù)字電壓表一般又分為三位半和四位半，即分別有三位完整顯示位和四

17、位完整顯示位，最高位都只顯示0或者1。它由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和基準電壓源；數(shù)字部分包括計數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，A/D轉(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應的數(shù)值。方案二：這種方案是利用單片機系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心控制器，電壓測量電路與ADC08

18、09相連，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換將測得的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸人給單片機，經(jīng)單片機進行信號處理后，形成精度較高的數(shù)字信號輸出到LED數(shù)碼管進行顯示，并留有一定的接口，供擴展用。根據(jù)要求和現(xiàn)有條件本人選擇了方案一。參考文獻1 王黎明. 基于AT89S51 單片機的數(shù)字電壓測量. 威海職業(yè)技術(shù)學院，威海2642002 陳仁森. 積分式直流數(shù)字電壓表的設計. 邵陽學院學報( 自然科學版) 2008 Vol.5 No.13 孫正山. 數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型和工作原理. 家電檢修技術(shù)2012第10期.4 劉暢生、史俊杰 新型集成電路簡明手冊及典型應用 M 西安電子科技大學出版社5 王偉,劉曉平. 高精度數(shù)字電壓表方案設計. 儀表技術(shù) 2007年第 4期6 唐慧強, 黃惟一, 王 順, 劉少強. 測控技術(shù) 2003年第22卷第2期7 徐開友. 提高電壓測量準確度的方法. 測控技術(shù) 2009Vol142 2006 No148 王運全 徐新光 岳巍. 電壓測量線路對高精度標準電能表的影響. 電測與儀表 1999 年第3 期9 張國恒. 智能電壓表中量程自動轉(zhuǎn)換電路研究智能電壓表中量程自動轉(zhuǎn)換