简易数字毫伏表的设计(完整论文)
数字电压表的设计毕业论文
数字电压表的设计毕业论文数字电压表的设计摘要：本文主要介绍了数字电压表的设计。
首先介绍了数字电压表的基本原理和功能，然后详细讲解了数字电压表的硬件设计和软件设计。
硬件设计包括电路设计和元器件选择，软件设计包括程序设计和界面设计。
最后对数字电压表进行了实验验证，并总结了设计过程中的经验和教训。
1. 引言数字电压表是一种常用的电子测量仪器，广泛应用于工业控制、科研实验和电子维修等领域。
本文将介绍一种基于单片机的数字电压表的设计方案。
2. 基本原理和功能数字电压表的基本原理是通过采集电压信号并将其转换成数字信号，然后通过显示器显示出来。
数字电压表的功能包括测量电压值、显示电压值、单位切换、数据保存等。
3. 硬件设计3.1 电路设计数字电压表的电路设计主要包括信号采集电路、信号转换电路和显示电路。
信号采集电路负责将待测电压信号转换成电压信号，信号转换电路负责将电压信号转换成数字信号，显示电路负责将数字信号显示出来。
3.2 元器件选择在数字电压表的设计中，元器件的选择非常重要。
需要选择合适的电阻、电容、集成电路等元器件，以确保电路的稳定性和精确度。
4. 软件设计4.1 程序设计数字电压表的程序设计主要包括信号采集程序、信号转换程序和显示程序。
信号采集程序负责采集电压信号，信号转换程序负责将电压信号转换成数字信号，显示程序负责将数字信号显示出来。
4.2 界面设计数字电压表的界面设计主要包括显示界面和操作界面。
显示界面负责将数字信号以合适的格式显示出来，操作界面负责提供操作按钮和设置选项。
5. 实验验证为了验证数字电压表的设计方案的准确性和可靠性，进行了一系列实验。
实验结果表明，设计方案能够准确测量电压值并显示出来。
6. 经验总结在数字电压表的设计过程中，我们遇到了一些问题和挑战。
通过实践和总结，我们得出了一些经验和教训。
例如，在硬件设计中，需要注意电路的稳定性和精确度；在软件设计中，需要考虑程序的效率和界面的友好性。
简易数字显示交流毫伏表(最终定稿)
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（10 HZ-5M HZ）,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.d、电压测量误差±5%±2个字.e、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）f、具有超量程自动闪烁功能.（2）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、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.图-3 测量系统框图1.2.1各模块方案选择和论证（1）有效值测量部分：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.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,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：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、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放大比,这种方法增加了继电器地使用,使得切换时有大量地噪声,且不能实现任意放大比；另一种方案就是采用程控放大器,通过电压来控制放大倍数,从而得到最合适地输出幅值,我们采用了此种方案.我们选择了AD603可变增益放大器.AD603在增益为－11dB至31dB范围内具有90MHz地带宽,通过两级AD603级联可实现－20dB至60dB极宽范围地增益,从而使得放大纺输出地有效值在2V附近,达到最高地精度.超低温漂基准源AD586地输出经过分压产生500mV地电压加在增益控制脚GNEG上,而单片机DA输出0－1V地电压加在GPOS上,从而使控制电压Vg＝（Vgpos-Vgneg）在－500mV至500mV内,增益公式为Gain＝80Vg+20dB.由于AD603地输入电阻仅为100欧姆,对于级间耦合电容,则需要很大才能达到理想地低频响应,我们用0.1uF,1uF和470uF地电容并联,达到全频带都有理想地响应.由于AD603地输出幅值仅为＋-2V,所以我们级联了一级由AD811构成地同相放大器,其增益为2.从而提高了放大器输出地幅度,进而提高了精度.如图-8所示：图-8高频放大原理图2.2.5真有效值转换一个交变信号地有效值地定义为：这时,V为信号地有效值,T为测量时间,V（t）是信号地波形.V(t) RMS是一个时间地函数,但不一定是周期性地.对等式地两边进行平方得：右边地积分项可以用一个平均来近似：这样式（2）可以简化为：VRMS2=Avg[V2（t）] (4)等式两边除以VRMS得：V RMS ={Avg[]V2(t)}}VRMS（5）这个表达式就是测量一个信号真实有效值地基础、AD公司地真有效值直流变换器也正是采用了这一原理.AD637是ADI地一款单片集成高精度真有效值转换芯片,0.2V有效值输入时,频响为600K,而当输入信号有效值高于1V是,频响可高达8M.图-9 AD637内部原理图图-10 AD637外围接线图AD637可提供幅度值和分贝值两种输出接口,以满足不同地需要 .在这里我们接成幅度输出,然后经过A／D变换 ,由单片机进行处理.2.2.6 A/D变换12位AD2.3等精度频率计电路设计由于输入地信号是交流信号而CPLD（现场可编程逻辑器件）和施密特触发器是数字芯片,不识别负信号,要把输入交流信号变为直流信号.用两个电阻实现电压钳位功能,钳位后地信号经7414（施密特触发器）整形为方波后直接输入CPLD对其计数.原理图如图-11所示.由于CPLD可以实现高速响应,可以实现准确计数.图-11频率计原理图2.5 电源电路设计本系统采用±5V,±12V直流供电.用多抽头变压器产生多路交流低压,桥堆整流,电容滤波,再经LM2576T、LM7905、LM7812、LM7912稳压给系统供电.电路总功耗<20W.3.系统地软件设计本系统对软件地要求不高,用前后台式地程序即可能轻松完成系统地基本任务.3.1程序流程图3.1.1电压频率测量系统程序流程图图-17控制程序流程图3.2程序核心简介3.2.1自动量程转换程序有效值测量部分地待测电压范围宽,为保证精度,必须设定多个不同地量程.我们多量程是通过分压网络和程控放大器地相互组合来实现地.分压网络分为两档：1/2分压,1/201分压.程控放大器（级联AD603）地线性增益调节范围为-20dB 到60dB.经测定,在-3dB 到46dB 地范围内线性度最好,噪声最小,所以我们选用此区域.这样1/2分压网络与程控放大器组合,可以得到-6dB 到43dB 地增益调节范围.1/201分压网络与程控放大器组合,可以得到-46dB 到3dB 地增益调节范围.我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”.前者能把电压范围为10mV到2.82V地搬移到2V,后者能把1V到282V地电压搬移到2V.我们通过D/A转换器微调程控放大器地增益,使输入电压搬移到2V附近,然后经A/D转换器得到较为准确地结果电压（接近2V）.通过D/A给出地增益值和A/D 得到地结果电压可以运算出待测电压地有效值.这样做地目地是：一、A/D转换器输入地结果电压接近满偏,精度高.二、真有效值转换芯片AD637地随频率变化地最佳线性区就在2V附近.这样在很大程度上提高了系统地测量精度.测量系统地测量过程分为半自动换档和全自动换档.半自动换档即为只给定“伏特档”或“毫伏档”,而在此两范围内通过“D/A扫描”实现自动搜索并锁定量程.半自动量程换档地好处在于用户可以事先估测待测电压地大体范围,然后选择两档之一,这样可以减轻“D/A扫描”地负担,提高测量速度和测量准确度.全自动量程选择是让系统在全量程内搜索电压值.这样会减慢测量速度,但可以不必估计待测电压地大体范围,使用较方便.由于分压网络与跟随缓冲器之间地低泄露保护二极管地钳位作用,即使在低压档加上最高点压,也不会烧坏系统.所以,系统尽可以在全量程内搜索电压值,这为全自动量程换档提供了可能性.换档过程采用误差积分式地算法.根据当前档测得地结果电压与2V进行比较,通过比较误差调整D/A增益给定.这样换档超调小,速度快.3.2.2频率测试地VHDL程序等精度频率计地实现方法可以简单地用图-19表示：图-19等精度频率计主控结构图-19 中预置门控信号CL可由单片机发出,CL地时间宽度对测频精度影响较小,只是影响测频地最小值,所以可以在0.1秒至1秒间任意选取,令其为Tp.B 和T是两个可控地32位高速计数器,BEN和TEN分别是各自地计数使能信号,高电平有效.20M标准信号源从B地时钟输入端BCLK输入,被测信号经整形后从与B 相似地32位高速计数器T地时钟输入端TCLK输入.测频开始前,首先发一个清0信号CL,高电平有效,是两个计数器、D触发器和4位选通信号均置0,然后由单片机发出测频允许命令,即令预置门控信号CL 为高电平,这时D触发器要一直等到被测信号地上升沿到来之后Q端才被置1（即令START为高电平）,与此同时,将同时启动两个计数器B和T,进入计数允许周期.在此期间,B和T两个计数器分别对被测信号和标准信号同时计数.当Tp秒之后,预置门控信号被单片机置为低电平,但此时两个计数器并没有停止计数,一直等到随后而来地被测信号地上升沿到来时,才通过D触发器将这两个计数器同时关闭.由图-20所示,CL地宽度和发出时间都不会影响计数使能信号EN(START)地宽度,EN地允许计数周期在任何情况下都恰好等于待测信号TCLK地完整周期数,这正是确保TCLK在任何输入条件下都能保持恒定精度地关键所在.CL宽度地改变以及随机出现地时间误差最多只有基准源信号BCLK地一个时钟周期,若BCLK由精确稳定地石英晶体振荡器（20MHz）发出,则在任何情况下测量误差只有两千万分之一秒.图-20 频率计测控时序设在一次预置门时间Tp中对被测信号（频率为Fx）计数为Nx,标准频率信号（频率为Fs）计数为Ns个,则有下式成立：Fx/Nx=Fs/Ns可得到测得地频率为：Fx=(Nx/Ns)*Fs最后当START由高变低之后由单片机发出15个SEL脉冲,4位计数器地不同输出值控制16选1多路选择器将测得地BCLK和TCLK地个数4位为一输出单元经寄存器被单片机读入,由于用CPLD进行32位地计算占用大量资源,影响速度.所以由善于计算地凌阳16位单片机完成,在单片机内计算出被测频率地值并显示结果.4. 系统测试4.1 测试仪器数字式双踪示波器TDS2012,信号发生器TFG2040,交流毫伏表等HG2070 4.2 指标测试以下为本系统在实验室里测得地结果.4.2.1真有效值测试真有效值测量地测试包括交流毫伏表在同一电压下对不同频率地响应情况,和在同一频率下对不同量程电压值得响应情况.由于篇幅所限,这里只列出了在1.000V下地频率响应和在1kHz下地幅值响应,以供参考.更详测试请参照实物.频率响应测试：幅值响应测试：4.2.2频率测试4.4 系统实现地功能5.总结本系统由优质地模拟器件为核心,辅以SPEC061A单片机作为控制部件,CPLD 可编程逻辑器件作为频率测试地硬件平台,实现了集有效值测量、频率测量、信号发生于一体地多方位系统.另外,还可语音播报数据,连接并行打印机打印数据.本系统地大部分性能指标都远超过了题目发挥部分地要求.在本次设计地过程中,我们遇到了许多突发事件和各种困难.由于模拟器件对外部电磁干扰反应太过明显,设计和调试曾一度陷入中断,但通过团队地仔细分析和自我调整状态后我们终于解决了所有问题,取得了圆满地结果.经过此次电子大赛让我们对模拟电路地设计、调试有了深刻地印象,同时也深刻地体会到了共同协作和团队精神地重要性,提高了我们解决问题地能力.。
基于单片机的简易数字电压表设计(任务书+论文)
任务书摘要本文介绍了基于89c51单片机的一种8路输入电压测量电路,该电路采用ADC0809作为A/D转换元件，测量范围0至5伏，小数点后显示一位。
要求能够依次显示每路通道电压，而且能够通过拨码开关选择输入通道。
使用3位LED 模块显示，前面一位显示通道号，后面两位显示测量电压值。
本系统主要包括四大模块：数据采集模块、控制模块、显示模块、A/D转换模块。
绘制电路原理图与工作流程图，并进行调试，最终设计完成了该系统的硬件电路。
在软件编程上，采用了汇编语言进行编程，开发环境使用WAVE集成开发环境。
开发了显示模块程序、通道切换程序、A/D转换程序。
关键词：ADC0809；A/D转换；LED显示目录1 方法论证 (5)1.1 系统的设计任务 (5)1.2 设计方案 (5)1.3 软硬件开发环境 (6)2 数字电压表硬件设计 (7)2.1 单片机主电路设计 (7)2.1.1 复位电路 (7)2.1.2 晶振电路 (7)2.2 测量、转换电路设计 (8)2.3 按键电路设计 (9)2.4 显示电路设计 (10)2.4.1 LED数码管构成 (10)2.4.2 显示方式 (11)3 软件设计 (14)3.1 主程序设计 (14)3.1.1 工作流程 (14)3.1.2 存储空间定义安排 (15)3.2 模块程序设计 (15)3.2.1 A/D转换测量程序 (15)3.2.2 显示程序 (16)4 系统调试与分析 (18)4.1 调试内容及问题解决 (18)4.2 系统进一步改进方案 (18)附录1：硬件原理图 (20)附录2：程序清单 (21)参考文献 (24)1 方法论证1.1 系统的设计任务设计单片机主电路、数据采集接口电路、LED显示电路、拨码控制电路，能够实现对8路电压值进行测量，能够显示当前测量通道号及电压值，电压精度小数点后1位，可以通过键盘选择循环显示8路的检测电压值和指定通道的检测电压值。
1.2 设计方案将数据采集接口电路输入电压传入ADC0809数模转换元件，经转换后通过D0至D7与单片机P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理从LED数码显示管显示。
简易数字电压表课程设计
电子测量结课作业简易数字电压表指导教师：学院：专业班级：姓名：学号：摘要本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。
该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。
A/D转换主要由芯片ADC0832来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。
数据处理则由芯片AT89C52来完成，其负责把ADC0832传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0832芯片工作。
该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。
此数字电压表可以测量0-5V的1路模拟直流输入电压值，并通过一个LCD1602液晶屏显示出来。
关键词: 单片机；数字电压表；A/D转换；AT89C52；ADC0832目录1 数字电压表的简介 01.1数字电压表简介 01.2数字电压表的的背景与意义 02 设计总体方案 (2)2.1 设计要求 (2)2.2 设计思路 (2)2.3 设计方案 (2)3 硬件电路设计 (4)3.1 A/D转换模块 (4)3.2 单片机系统 (6)3.3 复位电路和时钟电路 (9)3.4 LCD显示系统设计 (10)3.5 总体电路设计 (12)4 程序设计 (13)4.1 程序设计总方案 (13)4.2 系统子程序设计 (13)5 仿真 (15)5.1软件调试 (15)5.2显示结果及误差分析 (15)5.2.1 显示结果 (15)5.2.2 误差分析 (17)结论 (19)参考文献 (20)附录............................................................................................... 错误！未定义书签。
1 数字电压表的简介1.1数字电压表简介在电量的测量中，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。
简易数字电压表的设计与制作
毕业设计（论文）题目：简易数字电压表的设计与制作年级专业：电子信息工程学生姓名：2010年05 月日。
毕业设计任务书毕业设计题目：简易数字电压表的设计与制作题目类型工程设计题目来源学生自选题毕业设计时间从 2010/4/25 至 2010/5/251.毕业设计内容要求：采用AT89S52作MCU，ADC0809（或其他芯片）进行AD转换，测量电压的范围为直流0-5V电压，四位数码管显示。
2.主要参考资料[1]万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计与应用[M],中国科学技术大学出版社,01年8月第2版[2]周责魁. 控制仪表与计算机控制装置[M] ,化学工业出版社,02年9月第1版[3]李青. 电路与电子技术基础[L] ,浙江科学技术出版社,05年2月第1版[4]陈乐. 过程控制与仪表[M], 中国计量学院出版社,07年3月[5]孙育才. 新型AT89S52系列单片机及其应用[M] ，清华大学出版社,05年5月第1版摘要本设计由A/D转换、数据处理及显示控制等组成，测量0～5V范围内的输入电压值，由4位共阳8段数码管扫描显示，最大分辨率0.1V，误差±0.05V。
数字电压表的核心为AT89S52单片机和ADC0832 A/D转换集成芯片。
关键词：数字电压表；单片机；AT89S52； ADC0832目录摘要 (3)第一章设计方案的选择 (5)1.1功能要求及设计目标 (5)1.2 系统设计方案 (5)第二章数字电压表系统设计 (6)2.1 硬件系统的设计 (6)2.1.1 硬件原理框图 (6)2.1.2硬件系统设计原理 (6)2.2软件系统设计 (8)2.2.1程序流程图 (8)2.2.2编写程序 (8)2.2.3用KEIL 软件编译和生成hex文件 (12)2.3 用protues 进行仿真 (12)第三章制作PCB 板和实物的调试 (14)3.1制作PCB 板 (14)3.2 实物的检测功能与调试 (14)设计总结 (16)致谢 (17)附录一元件清单 (18)参考文献 (19)第一章设计方案的选择1.1功能要求及设计目标采用AT89S52作MCU，ADC0809（或其他芯片）进行AD转换，测量电压的范围为直流0-5V电压，四位数码管显示。
一种简易毫伏表的设计及应用
９９ ９ ｍＶ， 则显示 最 大值“ ９ ｍＶ” 系统 框 图如 图 １ ９９ ，
所示 。
影 响存在 很大 的误差 ， 其是信 号较 小时 ， 尤 易受 到
噪声 的干扰 ， 要 多 次采 集 数 据 并 经过 滤 波 处 理 需
收稿 日期 ： ０ ０ ０ — ２ ２１— ９ ３ 作者 简 介 ： 湘 芸 ， ， 士 ， 锡 商 业 职 业 技 术 学 院 电子 工 程 系 教 师 ， 师 ， 管 女 硕 无 讲 主要 研 究 方 向 ： 片 机 应 用 。 单 ３ ６
一
定 的数 学 处 理 ， 这 款 毫 伏 表 能 较 为 准 确 地 进 行 小 电 压 的 测 量 。 使
Ｅ ８ ２ ９ 毫伏 表 Ｍ７ Ｐ ５ Ｎ； Ｔ ３． ２ Ｍ９ ３ ２ ８ 文 献 标 志 码 Ａ 文 章 编 号 １ ７ —８ ０ （ ０ ０ ０ —０ ３ —０ ６ １ １０ ２ １） ６ ０ ６ ２ 中 图分 类 号
为 ３ 右。 左
才 能得 到一个 相 对准 确 的值 。本 系统 的软 件采 用 中值 结 合 平 均值 滤 波 法 。 以下 是 数 据 采 集 流 程
图 ， 图 ３ 见 。
同时 ， 因为所 用元 器件 性 能存在 一 定 的差 异 ， 每一个 系 统 的 放 大倍 数 都 不 一 致 。所 以 ， 在实 际
部 晶振 模 式 、 部 Ｒ 外 Ｃ振 荡 模 式 和 内部 ＲＣ振 荡 模 式 ， 予 用户 灵 活 的选 择 。该 ＭＣ 基 于 义 隆 赋 Ｕ 公 司成 熟 的 Ｅ ８系列 内核 ， 有 良好 的开 发 环 Ｍ７ 拥 境。 系统 主 控 部 分 采 用 Ｅ ８ ２ ９ 供 电 电 压 Ｍ７ Ｐ ５ Ｎ，
为＋５ Ｖ。 该 电 源 电压 需 要 经 过 适 当 的 滤 波 处 理 ，
简易数字显示交流毫伏表的设计
3.2.1自动量程转换程序
有效值测量部分的待测电压范围宽，为保证精度，必须设定多个不同的量程。我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”。前者把电压范围为10mV到2.82V的搬移到2V，后者能把1V到282V的电压搬移到2V。我们通过D/A转换器微调程控放大器的增益，使输入电压搬移到2V附近，然后经A/D转换器得到较为准确的结果电压（接近2V）。通过D/A给出的增益值和A/D得到的结果电压可以运算出待测电压的有效值。
2.系统的硬件设计与实现
2.1系统硬件的基本组成概述
本系统由电源、保护电路、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，形成了一套完善的测量系统。
2.2有效值测量单元电路的设计
2.2.1有效值转换电路总揽
4.2 指标测试...................................................6
4.2.1真有效值测试..............................................6
4.2.2频率测试..................................................7
1.001V
0.1%
5
100kHz
1.000V
1.007V
0.2%
6
1MHz
1.000V
0.997V
-0.3%
7
2MHz
1.000V
0.996V
-0.4%
幅值响应测试：
序号
频率
输入电压
测量结果
简易数字显示交流毫伏表设计报告
伏表设计报告
摘 要：
本交流毫伏表系统包括继电器开关模块、阻容分压网络、射极跟随器、放大 电路、分频电路、真有效值转换、单片机键盘及显示电路等模块，能够实现交流 电压信号的有效值测量、频率测量，并具有频率步进可调及预置数的正弦信号发 生等功能，数据、 操 作 菜 单 由 LCD 显 示 。 该 交 流 毫 伏 表 可以测量频率范围 为 10Hz-1.5MHz、有效值 1mV-300V 的交流电压信号。正弦信号发生部分采用 AD9851 芯片，频率值键入后，由单片机控制 AD9851，生 成 高 精 度 ， 高 稳 定 的 频 率 范 围 为 1HZ-400kHz 的 正 弦 信 号 。 单 片 机 SPCE061A 主 要 实 现 用 户 接 口 界 面 （ 键 盘 扫 描 、 液 晶 显 示 以 及 其 他 服 务 进 程 的 调 度 ）、 A/D 转 换 、 D/A 转 换 、 继 电 器 控 制 以 及 电 压 频 率 测 量 计 算 等 方 面 的 功 能 。 该 系 统 具 有 很 好 的 人 机 交 互 性 能 （HCI），方 便 用 户 进 行 操 作 ，并 具 有 自 动 校 准 和 语音报数等功能。
关键词：交流毫伏表；SFra bibliotekCE061A 单片机;阻容分压网络；跟随电路；放大模块；继电 器; 宽频；自动量程转换；自动校准；正弦波信号源
ABSTRACT This AC mV meter system ， which includes RC
Potentio-distribution Network，Emitter Follower, amplifier module , has the function of measuring of AC-RMS and freqency，and also generating of frequency-adjustable sinusoidal signal .LCD display and Preseting of frequency through keyboard is also available. And we use the relay circuit to realize switching of range, using the relay circuit which is controlled by the SCM.Then the signal is transferred to AD637 to calculate the RMS. ADC is 10bit which is inside of the MCU,and the LCD is used to display the value.. The AD9851 is used in the sinusoidal-generating module. The value of frequency is sent to AD 9851 by the MCU, generating high precision high stable measure signal .SPCE061A fulfills user interface(keyboard、LCD),AD and frequency measurement.
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第一章引言 . (1)第二章系统设计思想 (2)2.1测量方案 (2)2.2 输出部分中各模块的方案选择 (2)2.3 最终整体方案设计 (2)2.4 总体设计方案 (3)第三章系统的硬件设计 (5)3.1 系统硬件的主要组成部分与理论分析计算 (5)3.1.1系统硬件部分 (5)3.1.2理论分析与公式计算 (5)3.2 系统各模块单元的理论分析与实际电路设计 (6)3.2.1测量部分 (6)3.2.2输出部分 (9)3.2.3毫伏表的基本电路部分 (14)3.2.4稳压电源部分电路设计 (14)第四章系统的软件设计 (16)4.1主流程图 (16)4.2软件子流程图 (17)4.2.1测量部分 (17)4.2.2输出部分软件流程图 (18)第五章调试（系统测试）过程 (19)5.1测试仪器与设备 (19)5.2 测试过程 (19)5.2.1分模块调试： (19)5.2.2整机系统调试： (19)5.3结果分析 (19)总结 (21)结束语 .............................................. 错误!未定义书签。
参考文献 (23)简易数字交流毫伏表设计摘要本系统分电压测量和信号产生输出两大部分，电压测量部分以模拟电路为主，配合放大模块、A/D转化模块、显示模块；通过凌阳单片机进行数据处理，在误差允许范围内显示测量电压值。
信号产生以直接数字式频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis,简称DDS或DDFS)为核心，经过AT89S52对DDS芯片内部进行控制，使之输出标准正弦波形，利用编程实现频率预置、步进，达到电压输出频率的可调节步进。
通过调试与测量完成了题目的基本部分和全部发挥部分的要求并有自己的创新。
此系统以FPGA为核心，辅以必要的外围电路（包括信号调理、AD转换、DA 转换、输入输出和电源模块），采用模块化的设计理念，利用VHDL语言进行编程，具有良好的扩展性和移植性。
本系统具有交流电压测量和交流电压输出两大功能。
交流电压测量时，将外部输入电压信号经信号调理模块调节到AD电路输入范围，经AD转换后送入FPGA核心模块计算电压的有效值，实现毫伏表的功能，并将结果在LCD显示；交流电压输出时，利用FPGA 的高速数据并行处理的能力，根据DDS原理，经DA输出稳定的频率可调的正弦波电压。
经测试，交流电压测量的误差控制在±5%以内，较好地实现了题目的基本要求和发挥要求，同时交流信号输出的频率高达10MHz。
本文是简易数字交流毫伏表的一个新型设计方法的尝试。
也符合了利用单片机实现队数据进行较为精确测量的新趋势。
关键词：AT89S52单片机,毫伏表，频率合成器Design of simple digital communication millivoltmeterABSTRACTThis system voltage measurement and signal output of two parts, the voltage measurements of analog amplifier module, cooperate, A/D conversion module, display module, Through the sunplus microcontroller, within the permitted error display measuring voltage. With Digital signals directly to the Digital Frequency synthesizer (as some bio-synthesis, referred to as DDFS) as the core of DDS or, on DDS chip inside AT89S52 control, using standard output waveform, programming, preset, step Frequency voltage output reached Frequency adjustable step. Through measuring and testing the basic topic completed and all play a part of the requirements and have their own innovation.This system works based on the FPGA with some outer circuits, which include signal processing, A/D converter, D/A convention, input/output and source modules. This system is designed by the principle of module and VHDL program. So it has the advantages of expansibility and replantation. This system has the functions of measuring and supplying alternate current. When the outer input signal is measured, it is send to the A/D circuit through the signal processing module. Then through the A/D converter, the signal is send to the core of the FPGA module to calculate the virtual value of the voltage. Then the function of milli-voltage meter is realized and the result can be displayed on the LCD. When outputting the source, with the help of the FPGA's parallel processing ability and the principle of DDS, it can output stable frequency-adjustable sine wave voltage. Through the measurement, the error of the result is in the range of ±5%.So it realizes the basic requirement and the superior requirement well. And the frequency of the sine wave voltage is up to 10 MHz.This simple digital communication is a new design of millivolt table method. With the lakers using single chip computer is accurate measurement data of the new trend. KEYWORDS：AT89S52 ，Millivoltmeter , DDS第一章引言近年来随着数字化设备在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在数字设备显示设计中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。
数字显示器是接收和处理数字信号的显示器，作为一种先进的显示器类型，数字显示器正在呈现加速发展的态势。
数字显示器的先进性首先体现在信号的保真度上，在传输的过程中，数字信号的损失几乎为零，因此数字显示器的显示效果更加逼真；其次，数字显示器具有单一模式的回路结构，因而系统更简单、更可靠；第三，数字显示器中没有了可见扫描线的干扰，因此能够显现更清晰的动态图像、游戏、照片等，能获得图形作业所需的高水准图像效果。
同时数字显示器可以更有效地实现与显示效果直接相关的性能，如色彩修正，肤色补偿，色彩再校准等[1]。
在现代便携式智能仪器或手持设备中，数字显示设备已经成为一种行业标准。
这需要设计者在选取元器件上有特殊考虑。
微功耗、小体积应作为选择相关器件的首要要求。
让使用者使用时方便快捷是最基本的要求。
第二章系统设计思想本设计硬件电路分为测量部分、输出部分两大部分，测量部分又分为控制模块、放大模块、A/D转化模块、显示模块，输出部分分为控制模块、信号产生模块、放大模块、滤波模块、显示模块。
2.1 测量方案采用凌阳16位单片机为核心处理，同时经过放大处理，A/D数据转换，由凌阳配套液晶显示。
采用凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心，SPCE061A单片机在2.4V-3.6V工作电压范围内的CPU时钟频率范围为0.32-49.152MHz，同时增加了内积运算功能，提高了数据处理能力，还配有独特的音频处理功能，丰富的音频函数使语音更加多样化。
通过AD620运算放大器放大信号，再由TLC2543芯片进行A/D转换，达到题目所需效果。
综上所述，本模块采用凌阳AT89S52 16位单片机为核心处理，充分利用凌阳单片机的优点，使测量数据更加准确，放大电路及A/D数据采集电路为了减小误差使用了AD620、TLC2543两种芯片，让电路更加稳定具有更好的保护措施[2]。
2.2 输出部分中各模块的方案选择采用AT89S52单片机为控制器，控制DDS芯片AD9854主电路产生正弦波形，在控制中利用OCMJ4X8C液晶显示出操作步骤，利用AD9854宽频带产生所需正弦波形，通过编程来实现大大减少了硬件中所带来的不稳定因素、及数据误差。
在调试中频率转换时间短、频率分辨率高、频率稳定度高、输出信号频率和相位可快速程控切换等，使得操作更加方便、高效。
2.3 最终整体方案设计最终方案设计思想及框架示意图如图2.1所示图2.1 数显毫伏表总体示意图2.4 总体设计方案我们总体设计方案如下：（1）测量部分a、控制模块选用凌阳SPCE061A 16位单片机。