电气测量技术课程设计-交流数字电压表的设计

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1、电气测量技术课程设计题目：交流电压表设计学院：电气信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化1623姓名：黄铭（201650712326）完成时间：2017年5月26目录引言11测量原理及系统结构22硬件电路设计32.1A/D转换模块32.2单片机系统42.2.1AT89C51性能和功能42.3复位电路和时钟电路52.3.1复位电路设计52.3.2时钟电路设计52.4LED显示系统设计62.4.1LED显示器的选择62.4.2LED显示器与单片机接口设计72.5总体电路设计73软件设计93.1程序设计总方案93.2系统子程序设计93.2.1初始化程序9

2、3.2.2A/D转换子程序93.2.3显示子程序104仿真调试及测试结果114.1软件调试114.2显示结果及误差分析114.2.1显示结果114.2.2误差分析13结论14参考文献15引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。18

3、传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨

4、大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。数字电压表从1952年问世以来，经历了不断改进的过程，从最早采用继电器、电子管和形式发展到了现在的全固态化、集成化（IC化），另一方面，精度也从0.01%-0.005%。目前，数字电压表的内部核心部件是A/D转换器，转换的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度，因而，以后数字电压表的发展就着眼在高精度和低成本这两个方面。本文是以简易数字直流电压表的设计为研究内容，本系统主要包括三大模块：转换模块、数据处理模块及显示模块。其中，A/D转换采用ADC0808对输入的模拟信号进行转换，控制核心A

5、T89C51再对转换的结果进行运算处理，最后驱动输出装置LED显示数字电压信号。181测量原理及系统结构DVM的种类有多种，分类方法也很多，有按位数分的，如3/2位、5位、8位;有按测量速度分的，如高速、低速;有按体积、重量分的，如袖珍式、便携式、台式。但通常是按A/D转换方式的不同将DVM分成两大类，一类是直接转换型，也称比较型;另一类是间接转换型，又称积分型，包括电压-时间变换(VT变换)和电压-频率变换(V-f变换)。(1)逐次逼近比较型逐次逼近比较型电压表是利用被测电压与不断递减的基准电压进行比较，通过比较最终获得被测电压值，然后送显示器显示

6、的。虽然逐次比较需要一定时间，要经过若干个节拍才能完成，但只要加快节拍的速度，还是能在瞬间完成一次测量的。(2)电压-时间变换型所谓电压-时间变换型是指测量时将被测电压值转换为时间间隔△t，电压越大，△t越大，然后按△t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压-时间变换型又称为V-T型或斜坡电压式。(3)电压-频率变换型所谓电压-频率变换型是指测量时将被测电压值转换为频率值，然后用频率表显示出频率值，即能反映电压值的大小，这种表又称为V-f型。系统结构硬件电路设计由6个部分组成;A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟

7、电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1所示。时钟电路复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统AT89C51P1P2P2P0图1数字电压表系统硬件设计框图182硬件电路设计2.1A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能把模拟量转化成数字量的器件称为模/数转换器（A/D转换器），A/D转换器是单片机数据采集系统的关键接口电路，按照各种A/D芯片的转化原理可分为逐次逼近型，双重积分型等等。双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点。与双积分相比，逐次逼近式A/D转换的转换速度更快，而且精度更高，比如ADC08

8、09、ADC0808等，它们通常具有8路模拟选通开关及地址译码、锁存电路等，它们可以与单片机系统连接，将数字