《数字电压表设计》word版.docx

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1、数字电压表设计前言数字电压表(DigitalVoltmeter)简称DVM,它是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足数字化时代的需求,采用单片机的数字电压表,由精度高、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。目前,由各种单片A/D转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及

2、专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。一实验目的了解输入/输出通道设计的基本原理和方法。掌握ADC0809芯片和AT89S51单片机的接口电路与程序设计。二硬件设计1.输入电路图2.1-1量程切换开关输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。智能化数字电压表所采用的单片双积分型ADC芯片ICL7135,它要求输入电压0-±2V。本仪表设计是0-1000V电压,灵敏度高所以可以不加前置放大器,只需衰减器,如图3.1.2所示9M、900K、90K、和10K电

3、阻构成1/10、1/100、1/1000的衰减器。衰减输入电路可由开关来选择不同的衰减率,从而切换档位。为了能让CPU自动识别档位,还要有图3.1.1的硬件连接。2.A/D转换电路A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要,它的参数关系到测量电路性能。本设计采用双积A/D转换器,它的性能比较稳定,转换精度高,具有很高的抗干扰能力,电路结构简单,其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高,而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。(1)双积A/D转换器的工作原理如图2.2.1-1所示:(1)积分器 

4、     积分器是转换器的核心部分,它的输入端所接开关S1由定时信号Qn控制。当Qn为不同电平时,极性相反的输入电压vI和参考电压 VREF将分别加到积分器的输入端,进行两次方向相反的积分,积分时间常数τ=RC。    (2)过零比较器    过零比较器用来确定积分器的输出电压v0过零的时刻。当v0≥0时,比较器输出vC为低电平;当v0<0时,vC为高电平。比较器的输出信号接至时钟控制门(G)作为关门和开门信号。    (3)计数器和定时器     它由n+1个接成计数器的触发器FF0~FFn-1串联组

5、成。触发器FF0~FFn-1组成n级计数器,对输入时钟脉冲CP计数,以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。当计数到2n个时钟脉冲时,FF0~FFn-1均回到0态,而FFn翻转到1态,Qn=1后开关S1从位置A转接到B。(4)时钟脉冲控制门     时钟脉冲源标准周期Tc,作为测量时间间隔的标准时间。当vC=1时,门打开,时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。对输入模拟电压和基准电压进行两次积分,先对输入模拟电压进行积分,将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1,再利用计数器测出

6、此时间间隔,则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压;接着对基准电压进行同样的处理。在常用的A/D转换芯片(如ADC0809、ICL7135、ICL7109等)中,ICL7135与其余几种有所不同,它是一种四位半的双积分A/D转换器,具有精度高(精度相当于14位二进制数)、价格低廉、抗干扰能力强等优点。本文介绍用单片机并行方式采集ICL7135的数据以实现单片机电压表和小型智能仪表的设计方案。(2)7135的应用7135是采用CMOS工艺制作的单片4位半A/D转换器,其所转换的数字值以多工扫描的方式输

7、出,只要附加译码器,数码显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为2V的数字电压表。7135主要特点如下:双积型A/D转换器,转换速度慢。在每次A/D转换前,内部电路都自动进行调零操作,可保证零点在常温下的长期稳定。在20000字(2V满量程)范围内,保证转换精度1字相当于14bitA/D转换器。具有自动极性转换功能。能在但极性参考电压下对双极性模拟输入电压进行A/D转换,模拟电压的范围为0~±1.9999V。模拟出入可以是差动信号,输入电阻极高,输入电流典型值1PA。所有输出端和TTL电路相

8、容。有过量程(OR)和欠量程(UR)标志信号输出,可用作自动量程转换的控制信号。输出为动态扫描BCD码。对外提供六个输入,输出控制信号(R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR),因此除用于数字电压表外,还能与异步接收/发送器,微处理器或其它控制电路连接使用。采用28外引线双列直插式封装,外引线功能端排列如图所示。(3)AT89C51单片机芯片介绍:AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—FalshProg

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