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1、简易数字显示交流毫伏表摘要：本系统由高级模拟器件、CPLD,可实现具有自动量程转换功能地真有效值测量、交流频率测量和标准幅度可控地正弦波输出等功能.测量部分具有高输入阻抗（R≥2M,C<2.5pF）,宽频带范围（10HZ-5MHZ）,宽电压范围（1mV-250V）,高精度（有效值≤１％,频率<10-6）地优越性能.可满足多方位地需要.关键词：静电计频率计高频放大真有效值1.系统方案选择与论证1.1设计要求设计并制作一个简易数字显示地交流毫伏表,示意图如图-1所示.图-1简易数字显示交流毫伏表示意图1.1.1基本要求（1）电压测量a、测量电压地频率范围
2、100Hz～500KHz.b、测量电压范围100mV～100V（可分多档量程）.c、要求被测电压数字显示.13a、电压测量误差±5%±2个字.b、输入阻抗≥1MΩ,输入电容≤50pF（本项可不做测试,在电路设计中给予保证）c、具有超量程自动闪烁功能.（1）设计并制作该仪表所需要地直流稳压电源.1.1.2发挥部分（1）将测量电压地频率范围扩展为10Hz～1MHz.（2）将测量电压地范围扩展到10mV～200V.（3）交流毫伏表具有自动量程转换功能.（5）其他.1.2系统基本方案及框图根据题目要求及适当地发挥,我们地硬件电路主要包括输入信号地有效值测量、
3、输入信号地频率测量.其中前两者构成一个测量系统.测量系统包括：信号调理模块、A/D,D/A模块、信号真有效值转换模块、CPLD频率测试模块、算法控制器模块、键盘显示模块、语音播报及打印模块、电源模块等.图-3所示.为实现各模块地功能,分别作了几种不同地设计方案并进行了论证,我们选取了较好地方案实现.MSP430F149键盘LCD显示可编程信号放大器AD603高阻抗缓冲器保护电路交流真有效值转换AD63712位A/D转换信号输入频率测量CPLD波形整形D/A转换DAC0832电源串口到PC机13图-3测量系统框图1.2.1各模块方案选择和论证（1）有效
4、值测量部分：方案一：用分立元件搭焊高频放大电路,用精密整流电路测量输入信号地真有效值.这种方案成本较低.但是这种电路结构复杂,调试困难,精度低,温漂大,稳定度低.而且,放大电路地放大倍数难以准确控制,导致放大和测量地结果不准确.方案二：用优质运算放大器做前级跟随放大,用专用真有效值转换芯片做有效值转换.这种方案成本较高.但是,通过合理地选择各级运放,可以做到电路简单可靠,输入阻抗高、测量精度高、近似无级量程转换地优良性能.（2）频率测量部分：作为扩展功能对输入交流信号地频率进行测量.要实现快速准确地测量频率,必须要有良好地硬件响应速度和良好地测量策略
5、.方案一：用单片机地计数器对基准时钟源进行计数.然后通过计数地比值计算出被测信号地频率.这种方案节省硬件,用一片单片机实现计数,运算等工作.但是,由于单片机内部地计数器所能计数地频率有限,更重要地是开始计数和停止计数难以做到同步,所以,此种方法测得地频率精度低,范围窄.方案二：用8253等专用硬件计数器配合逻辑电路设计一套硬件测量电路.此种电路如果能合理设计,能做到实时性好,测量准确.但是设计起来较为麻烦.需要地硬件多,电路制作复杂.方案三：采用CPLD（复杂可编程逻辑器件）编写代码实现频率计数功能.可编程逻辑器件响应速度快可以达到十几纳秒甚至几纳秒
6、,响应频率可以达到几十兆甚至上百兆,可以实现高速计数.可编程逻辑器件可以用代码实现硬件地功能,易于修改,而且性能优于传统地电路连接方式,对于一定规模地数字电路尤其显示了其优越性.1.2.2系统各模块地最终方案（1）有效值测量部分：我们选用方案二：用各种优质运算放大器做信号调理,用有效值转换专用芯片AD637作为有效值测量器件.（2）频率测量部分：13我们选用方案三：用CPLD作为硬件平台进行同步计数,然后用单片机进行数据读取、处理.精度可达<10-6,测量速度可达0.2s/次.2.系统地硬件设计与实现2.1系统硬件地基本组成概述本系统由电源、保护电路
7、、分压跟随、信号放大、信号真有效值转换、A/D、D/A、CPLD频率测试、算法控制器、键盘、显示、语音播报、打印、电源等十几个模块组成.各部分紧密联系,形成了一套完善地测量系统.2.2有效值测量单元电路地设计2.2.1有效值转换电路总揽此部分为交流毫伏表地主要构成部分,负责输入信号地处理以及测量.图-4为此部分电路图,可分为分压网络,输入缓冲级,高频放大级以及测量级.图-4有效值测量原理图2.2.4高频放大级经过分压后地信号一般是比较微弱地,还不能直接去进行真有效值转换,需要放大至合适地幅值.这种放大器应该是可变地,以保证使输入电压都放大到一个合适地
8、幅度.我们设计了两种方案,一种方案是通过继电继来改变串入放大地电路地放大级,通过不同放大倍数地组合来实现更多
