基于PIC的直流数字电压表设计【文献综述】

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1、毕业设计文献综述题目：　　　基于PIC的直流数字电压表设计　　专业：电子信息工程1前言部分在电量的测量中，频率、电压和电流是三个最基本的被测量，其中电压量是最为经常的被测量。电学参量的测量技术所涉及的范围及广，运用于学校、科研、国防等各种领域，为实验室和工业现场提供测试。而且随着电子技术的不断发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要趋势，在当前电压测量系统中起着非常重要的作用。更是在需要测量高精度的电压时，数字电压表就是一种必不可少的测量仪器。电气测量中，电压是一个非常重要的参数。如何精确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器

2、研究的内容之一。而数字电压表是通用仪器中被广泛使用的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都需要数字电压表完成测试。因此，数字电压表被普遍地使用于科研和生产测试中。[1]传统的指针式电压表精度低、功能单一，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表不仅精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。[2]所以，这种类型的电压表无论在功能和实际应用上都具有传统指针电压表无法比拟的优点，这使得它的开发和应用都具有良好的前景。本文所述的基于PIC的直流数字电压表的设计是根据数据采集的工作原理来实现直流数字电压的测量。测量的范围设置了三种量程

3、，分别是0-5V，0-50V，0-500V。其精度最小为20mv，具有量程自动切换和过压保护功能。2主题部分2.1PIC系列单片机的基本概述PIC（PeripheralInterfaceController）是用来开发去控制外围设备的一种集成电路（IC）。一种具有分散功能的CPU。相对于人类来说，大脑就是CPU。PIC的共享部分就相当于人的神经系统。它们的最高操作频率都在20MHz左右，用来写程序的存储器容量大约1K-4K字节。[3]PIC系列单片机的主要特点由：(1)总线结构：PIC的总线结构是哈佛结构，指令空间和数据空间是完全分开的。一个用于指令，一个用于

4、数据，正因为可以对程序和数据进行同时访问，这样就大大提高了数据的吞吐率。(2)流水线结构：PIC的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，下一条指令就被同时取出,单周期指令就这样被实现了。(3)寄存器组:：PIC所有的寄存器，如I/O端口,定时器和程序计数器等采用的都是RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就能完成访问和操作。[3]PIC系列单片机的最大特点是不搞纯粹的功能堆积，而是从实际出发，注重产品的性能与价格比。为了满足不同层次的应用要求，PIC系列单片机发展了多种型号。因此PIC在电子产品的设计和研究领域得到了广泛使用。2.2数字电压表的

5、基本概述和发展史数字电压表是利用A／D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字形式显示测量结果的电子测量仪表。它是诸多数字化仪表的基础与核心,电压表的数字化是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,这就明显地区别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法。避免了读数因视差和视觉疲劳而产生的误差。目前，A/D转换器是数字电压表的内部核心部件,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。[4]测量仪表数字化阶段开始出现在20世纪50年代。那时候数字电压表的特点是运用各种原理来实现数模转换。由

6、于精密点测量的需求，数字电压表开始向高精度、高位数方向发展，于是出现了所谓复合型原理的仪表。如1971年日本研制的TR-6567；1973年英国研制的SM-215。从此电压表进入了高精度阶段。在后来，由于电子技术、大规模集成电路及计算机技术的发展，人们很快就研制出了微处理器数字电压表。实现了数字电压表可变程序和数据自动化处理。此后，数字电压表就进入了智能化阶段。[5]2.3设计的方案比较那种采用双积分式模/数转换器为核心器件的电压表称为双积分式电压表。在一个测量周期内，将被测电压Ui加到积分器的输入端，在确定时间内进行积分。然后切断输入电压。接着在积分器的输入

7、端加电压U，此电压与Ui极性相反，进行定值积分，由于积分方向相反，直到积分输出达到起始电平为止。从而将Ui转换成时间间隔量进行测量。这时用计数器累计起来的时间间隔内的脉冲数就是Ui之值。这种设计的电路简单，便于维护。但电压表的测量精度完全受到模/数转换的精度的控制，而且系统无升级空间。由ASIC芯片和外围硬件设备组成的数字电压表系统通常具有灵活性不强等缺陷。A／D转换器在控制ASIC所提供的时序信号作用下，将输入的模拟信号进行转换，转换结果再经过控制核心进行运算和处理，最后数字电压信号由驱动输出装置显示出来。由于系统功能由ASIC硬件结构决定，所以其功能难以更

8、新和扩展。[6]采用现场可编程门阵列（