逐次比较型DVM的组成与原理
电子测量4第2部分
被测信号
1 输入 电路 带阻 滤波器
标准电位器
电压表 2
图5.22简单的失真度仪测试仪
用失真度测量仪测量非线性失真系数时应注意 以下几点： ①测量时，应最大限度地滤出基波成分。因此 要反复调节带阻滤波电路中的调谐、微调和相位旋 钮。
②测量电路的非线性失真系数时，应在被测电 路的通频带范围内选择多个频率测试点进行多次测 试；最后取其中最大的一个非线性失真系数值作为 被测电路的非线性失真系数。
数字式电压表（DVM）利用模拟—数字（A/D） 转换器，将模拟的被测电压量转换成数字量，然后利 用十进制数字显示方式显示被测量数值。数字多用表 （DMM）的框图5.13所示。
V V
DC
AC
AC-DC 变换器
I
K
I-DC 变换器 数字电压表 Ω -DC 变换器
图5.13 数字多用表的框图
测量范围包括显示的位数、量程的范围和是否具 有超量程能力等。 （1）显示位数 位数是指能显示0~9共十个完整数码的显示器的 位数。其中1/2位，指的是最高位只能取“1”或“0”， 不能将0~9十个数码全部显示的位。 （2）量程的范围 DVM的量程范围包括基本量程和扩展量程。基 本量程是测量误差最小的量程，它不经过衰减和放 大器；扩展量程是采用输入衰减器和放大器来完成 的，它的测量精度比基本量程的测量精度降低。
以600Ω电阻上消耗1mW的功率作为基准功率 (2)电压电平dBV
UX LU 20 lg ( dBV ) 0.775
600 LP LU 10 lg RX
4.相对电平 (1)相对功率电平dBm
LP
LP
PA 10 lg (dB) P B
PA PA P0 10 lg 10lg ( LPA LPB )(dB) PB P0 PB
基于单片机的数字电压表 毕业设计论文
目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状和发展 (1)1.3 本文的研究内容 (2)第二章系统分析与设计方案 (3)2.1 系统分析 (3)2.1.1 功能及指标 (3)2.2 系统总体方案设计 (3)2.2.1 方案设计的基本思路 (3)2.2.2 数字电压表的两种设计方案 (3)2.2.3 A/D转换模块的选择 (4)2.2.4 接口模块的选择 (4)2.2.5 微控制器的选择 (5)2.3 系统硬件分析 (5)2.3.1 AT89S52单片机简介 (6)2.3.2 LCD1602显示器简介 (6)2.3.3 ADC0804转换芯片简介 (7)第三章系统硬件电路设计 (8)3.1系统组成 (8)3.2电源接口电路 (8)3.3 AT89S52单片机最小系统电路 (8)3.3.2 复位电路 (9)3.3.3 晶振电路 (10)3.4 LCD1602显示电路 (10)3.6 A/D转换电路 (11)3.7 量程转换电路 (11)第四章系统软件设计 (12)4.1 系统主程序流程图 (12)4.2 LCD1602液晶流程图 (12)4.3 ADC0804流程图 (13)第五章性能测试与分析 (14)5.1 各模块独立测试 (14)5.2 系统联合调试 (14)5.3 系统运行评估 (15)第六章总结 (16)参考文献（References） (17)致谢 (18)附录1: 系统原理图及实物图 (19)附录2: 系统主程序 (20)基于单片机的数字电压表专业：学号：摘要：在电路设计中我们时常会用到电压表，过去大部分电压表还是模拟的，虽然精度较高但模拟电压表采用用指针式，里面是磁电或电磁式结构，所以响应较慢。
为适应许多高速信号领域目前已广泛使用数字电压表。
数字电压表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局，它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件,数字电压表是把连续的模拟量（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。
逐次比较型ADC原理
逐次比较型ADC1.转换方式直接转换ADC2.电路结构逐次逼近ADC包括n位逐次比较型A/D转换器如图11.10.1所示。
它由控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。
图11.10.1逐次比较型A/D转换器框图3.工作原理逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。
天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。
再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。
照此一直加到最小一个砝码为止。
将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。
仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。
对11.10.1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将1000……0，送入D/A转换器。
输入电压首先与D/A器输出电压（V REF/2）相比较，如v1≥V REF/2，比较器输出为1，若v I< V REF/2，则为0。
比较结果存于数据寄存器的D n-1位。
然后在第二个CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。
如最高位已存1，则此时v O=（3/4）V REF。
于是v1再与（3/4）V REF相比较，如v1≥（3/4）V REF，则次高位D n-2存1，否则D n-2=0；如最高位为0，则v O=V REF/4，与v O比较，如v1≥V REF/4，则D n-2位存1，否则存0……。
以此类推，逐次比较得到输出数字量。
为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理及转换过程。
下面用实例加以说明。
设图11.10.1电路为8位A/D转换器，输入模拟量v A=6.84V，D/A转换器基准电压V REF=10V。
根据逐次比较D/A转换器的工作原理，可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7～D0及D/A转换器输出电压v O的波形，如图11.10.2所示。
逐点比较法的概念基本原理及特点
逐点比较法的概念基本原理及特点早期数控机床广泛采用的方法，又称代数法、醉步伐，适用于开环系统。
1.插补原理及特点原理：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差点的瞬时坐标同规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。
每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。
逐点比较法可以实现直线插补、圆弧插补及其它曲安插补。
特点：运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节方便。
逐点比较法直线插补（1）偏差函数构造对于第一象限直线OA上任一点(X,Y):X/Y = Xe/Ye若刀具加工点为Pi（X i，Y i），则该点的偏差函数F i可表示为若F i= 0，表示加工点位于直线上；若F i> 0，表示加工点位于直线上方；若F i< 0，表示加工点位于直线下方。
（2）偏差函数字的递推计算采用偏差函数的递推式（迭代式）既由前一点计算后一点Fi =Yi Xe -XiYe若F i>=0，规定向+X 方向走一步Xi+1 = Xi +1Fi+1 = XeYi –Ye(Xi +1)=Fi –Ye若F i<0，规定+Y 方向走一步，则有Yi+1 = Yi +1Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe（3）终点判别直线插补的终点判别可采用三种方法。
1）判断插补或进给的总步数：；2）分别判断各坐标轴的进给步数；3）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。
（4）逐点比较法直线插补举例对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6 ,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0 。
终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补。
逐点比较法圆弧插补3.逐点比较法圆弧插补（1）偏差函数任意加工点P i（X i，Y i），偏差函数F i可表示为若F i=0，表示加工点位于圆上；若F i>0，表示加工点位于圆外；若F i<0，表示加工点位于圆内（2）偏差函数的递推计算1）逆圆插补若F≥0，规定向-X方向走一步若F i<0，规定向+Y方向走一步2）顺圆插补若F i≥0，规定向-Y方向走一步若F i<0，规定向+y方向走一步（3）终点判别1）判断插补或进给的总步数：⎩⎨⎧+-=-+-=-=++12)1(122211iiiiiiiXFRYXFXX⎩⎨⎧++=-++=+=++12)1(122211iiiiiiiYFRYXFYY⎩⎨⎧+-=--+=-=++12)1(122211iiiiiiiYFRYXFYY⎩⎨⎧++=-++=+=++12)1(122211iiiiiiiXFRYXFXXbabaYYXXN-+-=baxXXN-=bayYYN-=2） 分别判断各坐标轴的进给步数；（4）逐点比较法圆弧插补举例对于第一象限圆弧AB ，起点A （4，0），终点B （0，4）4.逐点比较法的速度分析fN V L式中：L —直线长度；V —刀具进给速度；N —插补循环数；f —插补脉冲的频率。
逐次逼近比较式DVM示例解析
举例：设被测电压Ux = 3.285V ，逐次逼近寄存器和D/A变换器都为6位，基准电压Uref = 10V 。
解：最后输出010101，显示3.281V
过程：
首先因为是6位的，所以先将10V分成64份(二进制数111111即为十进制64)，即10/64，接下来就可以开始计算了。
1)100000，即32，所以第一个比较电压是32*10/64=5V，显然Ux＜5V，所
以最高位为0（表示去码）；
2)010000（注意：之前确定的位要保留），即16，所以第二个比较电压是2.5V，
由于Ux>2.5V，所以第二位为1（表示留码）；
3)011000，即24，所以第三个比较电压是24*10/64=3.75V，同上，第三位取
0；
4)010100，即20，所以第四个比较电压是20*10/64=3.125V，同上，第四位
取1；
5)010110，即22，所以第五个比较电压是22*10/64=3.4375V，同上，第五位
取0；
6)010101，即21，所以第六个比较电压是21*10/64=3.28125，同上，第六位
取1。
综上可知，输出010101，显示3.281V。
由于D/A变换器输出的基准电压是量化的，因此经变换后显示的数值3.281V比实际电压值低0.004V，这就是A/D变换的量化误差。
减小量化误差的方法是增加比较次数，即增加逐次比较式A/D变换器的位数。
（正好复习时也有疑问，百度上却没有明确的解析，自己明白后就做了这个，希望对大家有帮助！
——1103子夜）。
《电子测量技术》模拟试题一
《电子测量技术》模拟试题一一、填空题（共10空，每空2分，共20分）1.电子测量的内容包括电信号能量参数的测量、___________、电路元件参数的测量及电子设备的性能指标测量。
答案：电信号特性参数的测量解析：电子测量的内容即为电子测量的对象，电信号的特性参数是电子测量重要的方面。
2.按测量的手续分类，电子测量的技术方法有：直接测量、__________和组合式测量。
答案：间接测量解析：直接测量、间接测量及组合测量属于电子测量技术在测量手续上的技术分类，大多数的测量实质上是间接测量。
3.测量的过程也是信号变换的过程，电子测量常用的几种变换有：量值变换、__________、参量变换、能量变换和波形变换等。
答案：频率变换解析：将信号（信息）进行变换是为了更好的测量，甚至是将一般不能测量的对象经过信号变换后而实现测量，频率变换就是将一种频率大小的信号转换为另一频率大小的信号。
4.用 1.5级、50mA的电流表测量某个电流值，则有可能产生的最大电流绝对误差为__________mA。
答案：±0.75解析：告诉了仪表的等级及量程，就可以根据引用相对误差的定义计算出量程内可能产生的最大绝对误差。
5.用电子计数器测量交流信号的频率，为了提高测量的准确度，对于高频信号应采用测频率的方法，对于低频信号应采用__________的方法。
答案：测周解析：使用哪种测量方法好，是按照±1误差的大小比较而确定的，±1误差的大小按各自的误差计算公式进行分析。
6.在交流电压模拟式测量中，根据电压表和被测信号参数的对应关系，常用的交流电压表有峰值电压表、__________和有效值电压表。
答案：均值电压表解析：确定是什么类型的交流电压表，是按照电压表内部检波方式决定的。
7.若两个交流电压的峰值相同，当用正弦波有效值刻度的峰值电压表分别测量时，电压表的读数__________。
答案：相等解析：正弦波有效值刻度的峰值电压表内部峰值检波器的输出正比于被测信号的峰值，表做好了，其检波系数就确定了。
双斜积分式DVM的工作原理
西南科技大学
一、本章内容
7. 能分析AC-DC转换器，R-U 转换器，I-U 转换器的 组成和工作过程。
8. 结合图4.4-2和图4.4-3，掌握电子计数式频率计的工 作原理，能详细分析工作过程。
9. 能详细分析测频方面的测量误差，包括： （1）量化误差——±1误差 （2）标准频率误差 10. 测量时间、相位的工作原理，能详细分析其测量误
电子测量与仪表（ Electronic Measurement and Instruments ）
西南科技大学
4.1 电压测量的数字化方法
由于DVM的灵敏度很高，因而对外部干扰的抑制 能力就成为保证它的高精度测量能力的重要因素。外 部干扰可分为串模干扰和共模干扰两种。
(1)串模干扰
串模干扰是指干扰电压Usm以串联形式与被测电压 Ux迭加后加到DVM输入端，见图4.1.2。
Uom正比于Ux。
电子测量与仪表（ Electronic Measurement and Instruments ）
西南科技大学
4.1.2 DVM的主要类型
(1) 双斜积分式DVM的工作原理
准备阶段（t0~t1）
采样阶段（t1~t2）
比较阶段（t2~t3）：
“逻辑控制”使开关 S2( 或S3)闭合，其他开关 断开，基准信号UN（或UN，UN>0）送入积分器， 进行反向积分。同时，计 数器仍以T0为时钟计数。 至t3时，积分器输出uo2=0， 此时计数器的计数值为N2。
被测量转为 频率
被测量转为 数字
数字式仪表的结构框图
电子测量与仪表（ Electronic Measurement and Instruments ）
西南科技大学
4.1 电压测量的数字化方法
常用的几种类型的ADC基本原理及特点
常用的几种类型的ADC基本原理及特点AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。
其电路规模属于中等。
其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。
3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。
由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。
逐点比较法数字积分法等插补原理
A3(xe , ye )
x F 0
F 0
A4 (xe , ye ) -y
由上图可以推导得出，四个象限直线插补的坐标进给方向和偏差计算公式。
所在象限
Fm≥0
进给方向
偏差计算
所在象限
Fm<0
进给方向
偏差计算
一、四 二、三
+x
一、二-xBiblioteka Fm+1=Fm-ye
三、四
+y
-y
Fm+1=Fm+xe
3.直线插补运算的程序实现
（3） 圆弧插补计算过程比直线插补计算过程多一个环节，即要计
算加工点瞬时坐标（动点坐标）值。
因此圆弧插补计算过程分为五个步骤即偏差判别、坐标进给、
2.四个象限的圆弧插补
（1）第一象限顺圆弧的插补计算
第一象限顺圆弧CD，圆弧的圆心在坐标原点，并已知起点C(x0,y0)，终 点D(xe,ye),如图所示。设加工点现处于m(xm,ym)点， 若Fm≥0,则沿-y方向进给一步，到(m+1)点，新加工点坐标将是(xm,ym-1)，
Nxy=9
+y
F2=F1+xe=2
Nxy=8
+x
F3=F2-ye=-2
Nxy=7
+y
F4=F3+xe=4
Nxy=6
+x
F5=F4-ye=0
Nxy=5
+x
F6=F5-ye=-4
Nxy=4
+y
F7=F6+xe=2
Nxy=3
+x
F8=F7-ye=-2
Nxy=2
+y
AD转换器原理(逐次比较式、双积分式)
阶段T1结束，积分器输出
1 U 01 RC
t2t1U i d T1 Ui RC（2.1）
3．定值积分阶段T2：在 t2 时刻令S1断开的同时，使与Ui极性相反的基准电 压接入积分器。本例设Ui为正值，则令S3闭合，于是积分器开始对基准电压UR 定值积分，积分器输出从U01值向零电平斜变，同时，计数器也重新从零计数， 当积分输出达到零电平时刻（即t3），比较器翻转，此时控制电路令计数器关门， 计数器保留的计数值为N2。定值积分阶段T2结束时，积分器输出电平为零， 则有
逐次比较式A／D转换器原理
它由N位寄存器、N位D／A转换器、比较器、逻辑控制电路、 输出缓冲器 五部分组成，
逐次比较式A／D转 换器大都做成单片集成 电路形式，使用时只需 发出A／D转换启动信 号，然后在EOC端查知 A／D转换过程结束后， 取出数据即可（实际A ／D转换过程已不是非 常重要）。
积分式A/D转换器是一种间接式A/D转换器，其工作原理是： 先用积分器把输入模拟电压转换成中间量（时间T 或频率f）， 然后再把中间量转换成数字。 积分式A/D转换器又可进一步分为许多类型，本节仅讨论其 中最基本的双积分式A/D转换器及接口技术。
0 U 01
1 RC
t3
t2
( U r ) dt
2.2）
数学推导
1 U 01 RC
t1
t2
t3
t2
t1
U i dt
T1 Ui RC
（2.1）
U01
0 U 01
1 RC
t3
t2
(U r )dt
（2.2）
将2.1式代入2.2式得
T1 T2 Ui Ur RC RC
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
逐次比较型DVM的组成与原理
摘要：DVM是数字式电压表的简称。
由于数字式电压表的众多突出优点，使其在现代化社会的地位越来越重。
通过对逐次比较型数字式电压表（核心为逐次比较型A/D转换器）的组成以及工作原理的研究，进一步了解数字式电压表的工作过程，使用数字式电压表给我们的工作带来的好处。
关键字：DVM A/D转换器
一数字式电压表（DVM）的概述：
数字式测量方法是20世纪50年代发展起来的一种测量手段，由于电子技术，计算机技术，半导体技术的发展，数字式仪表集成化。
数字式电压表优越的特点得到广泛应用。
数字式电压表的特点：
1.显示清晰，直观，读数准确
传统的模拟式电压表必须借助于指针和刻盘进行读数。
读数过程中容易产生误差。
数字电压表采用数字显示技术，清晰直观。
2.准确度高
数字电压表的准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。
3.分辨率高
数字电压表在最低量程上末位1个字所对应的电压值为仪表分辨率。
4.测量范围宽
多量程数字电压表通常可测0~1000V的直流电压。
5.测量速度快
6.输入阻抗高
数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M欧姆~1000M欧姆。
7.抗干扰能力强
数字电压表大多采用数字滤波和浮地保护技术，提高了抗干扰能力。
二逐次比较型DVM的主要单元电路
逐次比较型A/D变换器的主要电路单元有比较器，控制电路，逐次逼近寄存器SAR，缓冲寄存器，译码显示电路和模/数（D/A）变换器。
逐次比较型DVM 的原理框如图（一）。
比较器应用一种特殊设计的高速增益运算放大器来完成输入端两电压的比较运算。
图（一）中，模拟输入电压Ux，反馈电压Uo作用与比较器输入端，若Uo>Ux,，则Qc=0，若U o<Ux,则Qc=1.
控制器发出一系列的节拍脉冲，并根据Qc值控制SAR各位的输入状态。
SAR是一组双稳态触发器，如果是二进制n位A/D，则SAR中就有n个双稳态触发器，输出由控制器控制，并送往缓冲寄存器锁存和送往D/A变换成模拟量Uo。
D/A包括基准电压源、店子开关电路和分压分分流电路组成的解码网络，其功能是将二进制数字量装换成模拟量。
图（二）是权电阻D/A变换原理，其中S0~S7是电子开关，其通断对应于相应位ai的取值，若ai=1，则Si通，若ai=0，则Si断。
当S0闭合时，有（7.7-7）此时若S1~S7均断开，则输出电压为（7.7-8）
当D/A输入为任意二进制数字量a7a6a5a4a3a2a1a0时，输出电压为（7.7-9）
图（三）（a）为T型解码电路，电阻个数较多，但阻值仅为两种。
可以用图（b）来分析原理。
对于0~7的任意节点i，左右两侧的等效电阻为2R，所以节电位（ai=1时）为（7.7-10）传送到输出端的电压为（7.7-11）
根据叠加原理，对于任意二进制数a7a6a5a4a3a2a1a0时，输出电压为（7.7-12）
三逐次比较型A/D的工作原理
四数字电压表发展新趋势。