积分式直流数字电压表
积分式直流数字电压表

文章 编号 :09 9 4 (00 2一 l10 10— 1X 2 1) 1 OO 2
1系统设 计 1 1设计 要 求 . () 务 : 1任 设 计并 制作 积分 型 直流 数字 电压 表 () 2 要求 : i 、测 量范 围 : m ~2 2 1 v v: 、量程 : 0 m 、2 : 、显示 范 围 : 进制 数 20v v3 十 0 19 9 4 ~ 9 9 : 、测量 分辨 率 : .m (V档) 5 0 1y2 : 、测量 误 差 : ≤± 0 0 %± 5 .5 个 字 : 、具 有抑 制 工频 干扰 功 能 : 、具 有 自动校 零 功 能 : 、 具有 自动 量程 转 6 6 7 换功 能 : 8、 具有 其 它功 能 。 () 明 : 3说 在 电路 中应 有 可测 得 积 分 波形 的测 试 点 。 12 总体设 计 方案 . i 、设 计 思 路 : 根据 题 目要求 , 设计 制作 一个 不采用 专 用AD /转换 器 芯片 的积分 式 四位 半 直流数 字 电压表 。数 字 电压表 简称 D M 它 是采 用数 字化 测量 技术 , V, 把连 续 的 模拟量 ( 流输 入 电压) 直 转换 成不 连续 、离散 的数 字形 式 并加 以显 示 的仪 表 。 因此, 设计核 心 在与模 拟与 数字 的转 化, 本设计 以A 88 2 T 95 为系 统控制 的核心, 采 用双 斜 式积 分法 进行 模 数转换 后 通 过液 晶将 其数 值显 示 : 电路 中尽量 采用 中 、大 规 模 集 成 电路 来 完 成 。 2、方 案论 证 与 比 较 : () 1 核心 控制 器模 块选 择方 案 采用 A m l 司的 A 88 2 片机 作为 系统 的控 制器 。单片 机算 术运 算 te 公 T95 单 功 能强, 软件编 程灵活 , 可用 软件 较简单 地实现 各种 算法和 逻辑控 制, 并且 由于 其 成本 低 、体 积 小和 功 耗 低等 优 点 , 其 在各 个 领 域运 用 广 泛 。 使 ()/ 转 换模 块选 择方 案 2A D 方案 一 : 逐次逼 近 式 A D 换, /转 利用 的是 : 二分 搜索 、 反馈 比较 、逐次 逼 近 的转 换原 理, 极其 类似 与 生活 中天 平称 重 原理 。但 由于逐 次逼 近 比较 式存 在 量化 误 差. 对被 测 电压 的 瞬时 值产 生 响应 , 对 串模 干扰 没 有抑 制 能力 。 , 故
基于avr单片机实现积分式直流数字电压表的设计

摘要 :设 计 中的数 字 电压 表 采 用 A m g8单 片机 芯 片 、运 算 放 大 器 L 5 T ea M38芯 片及 电压 比较 器 L 33等 芯片 ,完成 3位 半数 字 电 压表 的硬 件 电路 与软 件 设 计 。控 制 系统 由量 程 切 换 、单 斜 积 分 式 M9
A D转换 电路 等模 块构 成 ,将 检 测到 的数 据送 入 P 系统 ,实现计 算 、存 储 、控 制 等功 能。该 数 字 电 / C
的译 码 和锁存 电路 把模 拟 信号转 换 成合适 的数字 信 号 ,这样 就 使 系 统 的 电路 设 计 相 对 复 杂 。 因
此 ,为 了提高 直 流数字 电压 表 的准确 度 ,本文 提
1 数 字 电压 表 总体 设 计
1 1 电 路设计 原理 .
系统 以 A mea T g8单 片 机 芯 片 、运 算 放 大
N. o1
Ma . 2 o r 08
文章编号 :1 8- 0 5 ( 0 8 l o l 4 0 - 87 20 )O —0 3 —o 0
基于a 单 机实 积 直 数 压 设 v 片 现 分式 流 字电 表的 计 r
骆 旭 坤
( 明职 业大学计 算机 与信 息工程 系 福 建 黎 泉州 32 0 ) 6 00
器L 5 M3 8芯 片及 电压 比较 器 L 9 M3 3芯 片 为核 心 ,
硬件 电路 包 括 量 程 选 择 电路 、单 斜 式 积 分 A D / 转换 电路 、单 片机 以及 外 围 电路 。 图 1为 系统 原
理框 图 。
出采用 单斜 式 积 分 A D 转 换 技术 ,将 被 测 得 电 / 压信 号 变换成 一 段 时 间 间 隔 T m,通 过 两 者 的关
数字电压表的原理

数字电压表的原理 Hessen was revised in January 2021数字电压表的原理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。
图1是逐次逼近比较型的原理框图。
图中,数码可把由基准电压源输出的高稳定性电压Db分成若干个步进小电压Db1、Ub2、Ub3等,而且这些步进电压的前一个值比后一个大一倍,用二进制表示则刚好增加一位,例如,取基准电压Ub为1O24mV,并将其分成512mV、256mV、 128mV、 64mV、 32mV、16mV、 8mV、 4mV、 2mV、 1mV等若干电压,然后通过控制将Ub逐个送到与被测电压进行比较。
所取出的Uu应按从大到小顺序取出,也就是先取最大的电压Ub1与U,,进行比较,若Ub1>Ux,就由数码寄存器输出一个数码“0”,并舍去Db1;若Ubt≤Ux,则由数码寄存器输出一个数码“1”,并保留Dbl,以便与下一个取出的步进电压Ub2相加,相加后的电压重新与被测电压在比较器中进行比较,并重新输出数码,决定取舍。
这个原则称为从大到小、舍大留小的原则。
按此原则逐个取出Ub进行比较后,将数码寄存器输出的二进制码按序排列就会等于被测电压值。
图1 逐次逼近比较型数字电压表的原理框图例如,被测电压Ux=372mV,步骤如下。
①先取Dbl=512mV,在比较器中进行比较,由于Ub1>Ux.,舍去Ub1,输出“0”。
高速积分式直流数字电压表

器的输入端 ,进行 两次 方向相反的积 分,
积 分 时 间常 数 T R 。 = C ()过 零 比较 器 2
过 零比较器用来确 定积分器 的输 出
电压 V 0过 零 的时 刻 。 当 V ≥0时 , 较 O 比 器输 出 V c为低 电平 : 当 V < 0 0时 , c为 V
及 电网电压波动有较好的抑制性。
方波 , 占空 比 为 5 % : O 小 的 门信 号 。
路构成 的控制器对积 分 电路的积 分门限 和计数门限进行控制 , 并协调显示输出 电 压 值 。经 测试 , 电压 测 量精 度 可 达 到 00 0 伏 ,电压采集 的时 间分辨率可达 .0 1
到 01秒 , 且 对 环 境 温 度 、 . 并 电磁 干 扰 以
控 制 部分 原 理
电路工作过程 分为以下 4个阶段进
行:
( 积 分器 1 )
度, 提高 电压 采集 中的抗干扰性 能 , 设 本
计 采 用 基 于 数 字 电路 和 模 拟 电路 并 结 合 A 8 S 1 片机 的 系统 ,先通 过 两 片 运 T9 5 单
控制信号说明: A 、 0 A1 为 积 分 控 制 开 关 ,0通 ,1 1 0
F n 组成 n级计数器 , F 一1 对输入时钟脉冲
C P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 2 n个 时 钟 脉 冲 时 ,F F 0一F n 1均 F一 回 到 0态 ,而 F n翻 转 到 1态 , = F Qn l后 开 关 S 从 位 置 A 转接 到 B 1 。 ()时钟 脉 冲 控 制 门 4
束, 计数停止。直接将十六进制转换 为十
数字电压表

教案首页A 、复习掌握三种模拟式交流电压表工作原理。
B 、新课数字电压表DVM数字电压表:直流数字电压表、交流数字电压表、数字万用表等(本章主要介绍直流数字电压表) 优点(与模拟相比):精度高、测量速度快、输入阻抗高、读数准确、抗干扰能力和抗过载能力强、便于实现测量过程自动化等。
2.3.1 DVM 的主要技术指标1.测量范围(量程、显示位数和超量程能力)(1)量程 表示电压表所能测量的最小和最大电压范围。
基本量程:不经衰减器和输入放大器的量程(测量误差最小的量程)。
通常为1V 或10 V ,也有的为2 V 或5 V 。
(2)位数 表示数字电压表精密程度的参数。
完整位:能够显示0 ~ 9这十个数码的位。
四位数字电压表:最大显示数字为9 999和19 999的数字电压表。
为了区别把19 999的数字电压表称为214位数字电压表。
(3)超量程能力 指DVM 所能测量的最大电压超过量值的能力,它是数字电压表的一个重要指标。
是否有超量程能力,要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。
典型例子无超量程能力:① 显示位数全是完整位的数字电压表。
② 带有21位的数字电压表,按2 V 、20 V 、200 V 分挡。
有超量程能力: ① 带有21位并以1V 、10 V 、100 V 分挡的数字电压表。
② 215位的数字电压表,在10 V 量程上,最大显示 9 V 电压,允许有100%的超量程。
提问讲解重点强调新授课③如果数字电压表最大显示为59 999,称为434位的数字电压表。
如量程按5 V 、50 V 、500 V 分挡,则允许有20超量程。
2.分辨力数字电压表能够显示输入电压最小变化值的能力,即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。
不同量程,分辨力不同。
量程越小,分辨力越高。
3.测量误差(只讨论固有误差) 在基准条件下的误差:)%%(m x U U U βα+±=∆式中 U x ——被测电压读数; U m ——该量程的满度值; α——误差的相对项系数; αU x ——读数误差,随被测电压而变化; β——误差的固定项系数; βU m ——满度误差,对于给定的量程,β U m 是不变的。
直流数字电压表的课程设计

3 元器件的介绍· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5
3.1 课程设计器材和供参考选择的元器件· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1 3.2 3 A/D 转换器 MC14433· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 2 3.3 MC14433 引脚功能说明· 8 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3.4 七段锁存—译码—驱动器 MC4511· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 10 3.5 七路达林顿驱动器阵列 MC1413· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12 3.6 高精度低漂移能隙基准电源 MC1403· 12 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
5 课程设计报告结论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13
数字电压表基本原理以及维修

数字电压表的基本原理就是将待测电压转换成数字量,经 过数字逻辑电路处理后以数字的形式输出,A/D转换器是它 的核心,A/D转换器分为积分式,比较式和复合式三种类型, 直流数字电压表相应地分为积分式,比较式和复合式三种 类型。目前,应用比较广泛的是双积分式DVM,其次是逐 次比较式DVM
《电子设备维修技术》
第六章 数字电压表原理与 修理
数字电压表原理 数字电压表检修程序 数字电压表常见故障及
检修
数字电压表(DVM, Digital Voltage Meter )是一种利用 模-数转换原理,将被测电压模拟量转换成和它成正比的数字 量进行测量,并且将测量的结果用数字方式显示出来的电 子测量仪器
采用测试器件法检测上通道放大器V6 是否损坏或者变值
➢ 因为整个放大器的调零,是依靠上通道 放大器输入端的电位的调整来实现的
➢ 如果上通道放大器V6损坏了,调零电 位器RP2上的直流电压就不能作用到 A2的同相输入端,就会造成不能调零 的故障现象
如果上述测试都正常了,可以进一步采用改 变现状法和信号注入法检测集成运放A1和A2 的功能是否良好
➢ 脱焊双通道放大器的输出端,然后将输出端通过反 馈电阻网络接地,如果仪器能够显示稳定的 ±0.000数字,就表明故障存在于双通道放大器电 路中;如果还是调零不正常,则表明故障存在于后 面的积分器或者零电平比较器等单元电路中
➢ 然后采用波形观测法和分割测试法检测相关电路的 好坏
➢ 在这里,我们以双通道放大器电路的检修为例来进 行说明
综合实验三 位直流数字电压表

综合实验三213位直流数字电压表一、实验目的 1、了解双积分式A / D 转换器的工作原理2、熟悉213位A / D 转换器CC14433的性能及其引脚功能3、掌握用CC14433构成直流数字电压表的方法二、实验原理直流数字电压表的核心器件是一个间接型A / D 转换器,它首先将输入的模拟电压信号变换成易于准确测量的时间量,然后在这个时间宽度里用计数器计时,计数结果就是正比于输入模拟电压信号的数字量。
1、V -T 变换型双积分A / D 转换器图3-1是双积分ADC 的控制逻辑框图。
它由积分器(包括运算放大器A 1 和RC 积分网络)、过零比较器A 2,N 位二进制计数器,开关控制电路,门控电路,参考电压V R 与时钟脉冲源CP图3-1 双积分ADC 原理框图转换开始前,先将计数器清零,并通过控制电路使开关 S O 接通,将电容C 充分放电。
由于计数器进位输出Q C =0,控制电路使开关S 接通v i ,模拟电压与积分器接通,同时,门G 被封锁,计数器不工作。
积分器输出v A 线性下降,经零值比较器A 2 获得一方波v C ,打开门G ,计数器开始计数,当输入2n个时钟脉冲后t =T 1,各触发器输出端D n-1~D O 由111…1回到000…0,其进位输出Q C =1,作为定时控制信号,通过控制电路将开关S转换至基准电压源-V R ,积分器向相反方向积分,v A 开始线性上升,计数器重新从0开始计数,直到t =T 2,v A 下降到0,比较器输出的正方波结束,此时计数器中暂存二进制数字就是v i 相对应的二进制数码。
2、213位双积分A / D 转换器CC14433的性能特点 CC14433是CMOS 双积分式213位A / D 转换器,它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS 晶体管集成在一个硅芯片上,芯片有24只引脚,采用双列直插式,其引脚排列与功能如图18-2所示。
图3-2 CC14433引脚排列引脚功能说明:V AG (1脚):被测电压V X 和基准电压V R 的参考地V R (2脚):外接基准电压(2V 或200mV )输入端V X (3脚):被测电压输入端R 1(4脚)、R 1 /C 1(5脚)、C 1(6脚):外接积分阻容元件端C 1=0.1μf (聚酯薄膜电容器),R 1=470K Ω(2V 量程);R 1=27K Ω(200mV 量程)。
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积分式直流数字电压表
摘要:51系列单片机具有两个以上16通道定时器(TIME0和TIME1),每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM方式来测量脉宽,8路8位A/D转换器。
当需大于8位的A/D转换时,可以用片内16位的定时器外接运放、比较器和多路开关实现双积分A/D转换。
TL082是JFETINPUT运放;LM358作为比较器;MC4066是多路开关。
51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出,控制MC4066多路开关的输入选择;INT0作为中断输入口,捕捉LM358比较器的输出电平跳变。
关键字:双积分A/D,输出比较,输入捕捉,分辨率
一、系统方案论证与比较
为了完成上面的设计要求,将整个积分式直流数字万用表的设计分为四部分:积分、过零比较部分,控制部分,显示部分和供电部分。
原理图如图1.1所示。
图G-1-1
1、单片机的选择
方案一:采用ATMEL公司生产的8位单片机AT89C51作为双积分A/D转换器的核心,此次单片机价格相对便宜,容易购买。
此设计中控制功能比较多,因此需要用到的输入输出口比较多, AT89C51足可以满足控制要求,且选用此单片机不需外接扩展电路,因此节省了资源,降低了成本;并且可以达到很高的精度和实现此次设计的各种要求。
方案二:采用MOTOROLA公司生产的8位单片机MC68HC908GP32作为双积分A/D 转换器的核心,该单片机只具有两个输入输出口,虽然也能满足以上各种要求,但需要外接扩展电路,这不但在使用上增加了难度而且也增加了设计成本,浪费了资源。
使电路边的比较复杂,在实际调试中也增加了难度。
鉴于以上分析,拟选择方案一。
2、积分器、过零比较器电路
方案一:该方案的系统框图如图1.2所示。
运放为LM311、比较器为LM339、多路开关为MC14052。
MC68HC908GP32单片机的PTD5、PTD4作为输出控制MC14052多路开关的输入选择。
PTD7作为输入口,捕捉LM339比较器的输出跳变。
C为积分电容,常取0.1μF左右的聚丙烯电容,R为积分电阻,可取100K左右,Vi为输入电压,-E为负的基准电压。
此电路只对输入信号进行了一次信号放大,也就是只进行了一次积分。
此电路,积分波形不明显,不容易在示波器上调试出来。
方案二:该方案的系统原理图如图1.3所示。
C1为积分电容,常取0.22μF 左右的聚丙烯电容,R2为积分电阻,可取500k左右,U2A为积分运放,U2A、C1、R2构成了积分器,U2B是过零检测运放。
VIN为输入电压,VREF为基准电压,AGND 为转换器的参考零点。
VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。
TL082是JFETINPUT运放;LM358作为比较器;MC4066是多路开关。
此电路有自己单独的基准电压,并且它的基准电压根据测量的不同范围的电压,可以进行调节,因此更
能保证测量精度,并且还拥有了自动调零功能。
电路中进行了两次放大,因此它的积分波形更加明显,容易在示波器上进行调试。
鉴于上述分析,选择方案二。
图G-1-2
AGND
Vref
AGND
图E-1-3
图G-1-4
3、显示电路
方案一:采用液晶显示。
液晶显示体积和质量小、功耗底等优点,液晶可以显示不同的内容,显示内容丰富、美观、使用方便。
但它的驱动电路很复杂,必须软硬件结合才能使用,并且驱动电路的编程也很复杂,还有就是液晶的价格比较
昂贵。
方案二:采用LED 静态显示。
LED 的价格合适,技术成熟,是单片机应用系统中显示部分的首选器件。
静态显示稳定,节约了CPU 的时间,提高了工作效率。
LED 静态显示是让每个数码管同时显示,使用的元件多,连线多,电路复杂,需要占用很多的硬件资源,每个数码管都需要8根线,给安装带来了很大的困难。
方案三:采用LED 动态显示。
动态显示最大的优点就是节约了硬件资源,此次设计要求的精度比较高,至少要用到4为数码管。
使用的元器件少,引线少,电路简单。
鉴于以上分析,采用方案三。
二、系统的具体设计与实现
1、系统的总体设计方案
采用AT89C51单片机作为电路的核心部分,用单片机来控制显示电路,并与前面的积分器和过零比较器组成双积分A/D 转换电路,对时间进行积分。
使得时间与输入的模拟电压成正比,因为是双积分电路,因此在进行一次积分以后使输入的模拟电压与显示的数值成正比。
单片机主要是对积分的时间进行控制,从而使得输入的模拟电压与输出的数值成正比。
2、系统的硬件电路的设计和主要电路参数的计算 (1)积分器和过零比较器的设计与计算
如图G-1-3、G-1-4,此电路是基于双积分A/D 转换的电路原理,图G-2-2为原理图,G-2-1为积分波形图。
通过对输入电压的积分,使时间和输入的模拟电压成正比。
此电路经过两次积分将Vi 转换成相应的时间间隔。
转换开始时t=0,Vi 通过电阻和电容充电,积分器输出电压负向线性变化,积分器对Vi 在0到t 1
时间积分。
当t=t 1时,V 01(1)=-1110t RC
Vi
dt Vi RC t -=⎰,式中V i 为输入的模拟电压。
当S 与参考电压接通时,通过R 对C 方向充电,此时的电压V 01开始逐渐上升。
经t 1-t 2时间间隔后V 01=0。
V 01(t2)=V 01(t1)+ 0)(1)12(110=--=+
⎰t t RC V t RC
Vi dt V RC REF T REF 所以 T 2=t 2-t 1=i REF
V V t 1
因为V REF 和t 1为定值,所以T 2和V i 成正比,即将V i 变换为与它成正比的时间间隔。
在T 2阶段,将CP (周期为Tc )送入单片机,
由以上分析可见,单片机获得的数字量正比与输入模拟电压。
图G-2-1积分波形图
图G-2-2
(2)显示电路的设计
数码管的段选和位选接到单片机的I/O口,通过软件编程实现显示输入的模拟电压。
此设计中要求的显示范围:0-19999,因此用五位数码管做显示,使用共阴极数码管,接到端口时为了驱动数码管,需要接上拉电阻,以提高单片机的带负载能力。
单片机通过P1.0、P1.1、P1.2三个端口获得外部信息,通过单片机的内部程序让其转化为与输入电压成正比了数字值并显示出来,从而完成A/D转换的数字显示的功能。
(3)单片机的设计
单片机通过控制多路开关,实现对输入的模拟电压的读入,通过两级的放大之后,把信号送到LM339,通过零电压比较LM339,发出中断信号,然后通过内部的程序对时间进行积分,使得输入的模拟电压和数字显示信号一一对应。
实现了双积分A/D转换器的功能。
通过内部程序的优化可以使数字万用表的精度达到设计所要求的范围内;拥有万用表的自动调零功能。
(4)供电系统的设计
此电路中并没有对供电系统做明确的要求,但是为了达到数字万用表的精度尽量使电源稳定,采三端集成稳压(7805,7905等)电源供电,由于用到了集成运放还需要12V的电压。
对于滤波电容的选择,要考虑三点:整流管的压降;三端稳压管最小允许压降Ud;电网波动。
三、软件设计
控制和D/A转换主要由单片机来完成,主要完成双积分A/D转换器的功能,量程的转换功能,数码管显示的功能。
软件通过单片机的中断来实现对时间的积分,然后送到数码管的接口。
调节中断程序,可以调节测量误差和测量分辨率,实现高精度的A/D转换器。
P0通过控制模拟开关,对输入的模拟电压进行积分,得到相应的时间间隔。
在软件编程时,采用C语言,C语言程序结构清晰、使用方便;使程序更加简洁,更加提高了程序的可靠性,便于维护和调试。
主程序软件流程图见附图G-3-1。
四、实验测试
1、测试设备
四位半数字万用表
示波器
2、测试结果与分析
(1)量程为200mV
表G-4-1
(2)量程为2V
表G-4-2
由以上数据可知,此万用表基本能达到此次设计的要求。
五、参考文献
[1] 黄瑞祥、毕净,数字电路识图[M]. 浙江科学技术出版社。
[2] 张国勋、孙海,单片机原理及应用. 中国电力出版社。
[3] 杨毅德,模拟电路.重庆大学出版社。
[4] 刘建清,从零开始学习单片机C语言. 国防工业出版社。
[5] 李铮、叶艳冰、汪德俊,C语言程序设计基础与应用.清化大学出版社。
[6] 李全利、迟荣强,单片机原理及接口技术. 高等教育出版社。