《交流数字电压表》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流数字电压表（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要按照要求设计一个交流数字电压表，通过测量正弦电压有效值，以数码管显示测量结果。能测量10Hz10kHz的正弦交流电，分为三个档位。分别是1.0V9.9V、0.10V0.99V、0.010V0.099V。根据设计要求，需要由输入电路、量程放大电路、半波及全波整流电路、可变增益放大电路、A/D转换电路、译码显示电路以及量程指示电路组成。最后经过两周的设计、安装、调整、测试完成了两档电路的任务，其中0.10V0.99V档存在些许误差，最小量程0.010V0.099V档则未能完成。自动换档的设计因为时间关系也未能完成。目录第一章 技术指标1.1 系统功能要求11.1.1 整体功能要求11.1.2
2、电气指标11.1.3 扩展指标21.1.4 设计条件21.2 系统结构要求2第二章 整体设计方案2.1整体方案32.2数据处理流程分析42.3整体方框图4第三章单元电路设计3.1输入电路设计53.2量程放大电路设计63.3精密半波整流电路设计83.4全波整流电路设计93.5可变增益放大电路设计113.6A/D转换电路设计123.7B-BCD码转换电路设计153.8译码显示电路设计163.9量程指示电路设计173.10整体电路图263.11整机原件清单17第四章测试与调整4.1模拟电路部分调测184.2数字电路部分调测194.3整体指标测试20第五章设计小节5.1设计任务完成情况215.2问题及
3、改进215.3心得体会22附录附录一参考文献25附录二整体电路图26第一章 技术指标1.1系统功能要求1.1.1整体功能要求交流数字电压表的功能是测量正弦电压的有效值，并以数码管显示两位数测量结果。1.1.2电气指标1.1.2.1被测信号频率范围：10Hz10kHz。1.1.2.2被测信号波形：正弦波。1.1.2.3显示数字含义：有效值。1.1.2.4档位：分三档： 1.0V9.9V； 0.10V0.99V； 0.010V0.099V。1.1.2.5显示方式：两位数码显示。1.1.3扩展指标可自动换档。1.1.4设计条件电源条件：直流稳压电源提供0V15V电压。可供选择的元器件范围如下表所示。
4、型号名称及功能数量TL084运算放大器2片LM139（74139）二四线译码器1片CD4052四选一模拟开关1片74161四位二进制计数器1片4511显示译码器2片2AP9检波二极管2只5.1V稳压管2只发光二极管3只28C64BE2PROM存储器1片ADC08048位A/D转换器1片其余门电路、各种阻容自定。1.2系统结构要求交流数字电压表的系统结构方框图如下图所示。数字显示输入信号交流数字电压表档位变换第二章整体设计方案2.1整体方案数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示
5、的仪表。它利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。而交流是指输入的信号是正弦波，电压表需要显示的是正弦信号的有效值。电路中需有交直流转换。由测量电压范围可知，显示输入电压的有效值在0.01V至9.9V范围，分成三档。意味着输入正弦信号的峰峰值为0.028V至28V。因此，输入需有量程转换及衰减电路。2.2数据处理流程分析被测信号V1经输入电路衰减后，经量程放大电路放大，再由运算放大器构成的精密全波整流电路整流，经积分电路，使其成为直流信号。A/D转换器输出相应的二进制码，经BCD码转换，即可实现数字显示。2.3整体方框图第三章单元电路设计3.1输入
6、电路设计首先作为仪表，为减少对被测信号的影响，通常输入阻抗都需要比较高，一般在1M左右。另外被测信号的最大有效值为9.9V，经过计算，正弦信号的峰峰值为28V，如此大的信号，电路无法正常工作。因此，在输入电路中要进行衰减，可做一10：1的电路。Ri=1M输入电路部分电路图如下图所示：3.2量程放大电路设计输入电压分为三档：1.0V9.9V (2.8Vp-p28Vp-p)；0.10V0.99V (0.28Vp-p2.8Vp-p)；0.010V0.099V (0.028Vp-p0.28Vp-p)。经输入电路衰减10倍后，各档电压为：1.0V9.9V 衰减后：0.10V0.99V ；0.10V0.9
7、9V 衰减后：0.010V0.099V ；0.010V0.099V 衰减后：0.0010V0.0099V。为使得后续电路能在同一个数量级上工作，选取衰减后为0.10V0.99V 的电路为标准输入，则应对另两档量程对应电路进行放大。量程放大电路如下图所示： 电路图中R1、R2构成输入电路，实现10：1转换。3V稳压管是为防止输入信号过大，损坏运放而加。R3、R4、R5的值可通过公式计算得到：放大10倍：1+R3/(R4+R5)=10放大100倍：1+(R3+R4)/R5=100取R5=100时，计算出R4=900 、R5=9K(可分别采用470+430和470K+430K实现)。3.3精密半波整
8、流电路设计在普通二极管线性检波电路中，由于晶体管导通电压的存在，在对小信号进行检波时，误差很大，若把二极管置于运算放大器的反馈回路中，可提高小信号检波的线性度，则检波结果会十分精确。其检波管可采用2只2AP9，电压增益为2，电路如下图所示：Vo2ViVo2经过精密半波整流后的电流波形如下图所示：3.4全波整流电路设计在半波整流电路的基础上，加一级加法运算电路，即可构成全波整流电路。如下图：Vo3Vo2Vo1经过全波整流后的波形如图所示：RF同时，为了使其成为直流信号，加法器反馈支路用积分电容构成积分器。积分时间常数大一些对低频测量有利，也可设计一个开关来切换时间常数，100Hz以下用大电解电容
9、。为了防止无交流信号流入时，失调电压对积分器的作用太大，反馈支路上同时并接一个100k的电阻全波段整流，如下图所示：Vo3Vo2Vo1全波波形变为直流电压后的波形如图：3.5可变增益放大电路设计+VcW1-VcW2经整流后的直流电压要加到AD转换器中，将不同的电压值转换成不同的二进制代码。它的作用是给A/D转换器提供一个适当范围的电压。A/D转换器采用ADC0804，基于技术指标考虑，每一档的输出电压从1.0V9.9V，共有99个不同的输出电压。因为输出为8位二进制码，故其每一阶梯电压为VS=Vref/28。取Vref=5.12V， VS=5.12/28=0.02V，对应的V1N（+）输入电压
10、即为0.2V1.98V。这个电压范围可通过可变增益放大器的调节来实现，电路如下图所示：（V1N（+）Vo4Vi通过电路图可以实现斜截式方程y=kx+b的运算，调节W2使对应的输入电压为0.2V1.98V，即输入1V和10V，调节W2使A/D的V1N（+）端电压差为1.8V，然后调节W1，使1V输入时V1N（+）为0.2V。这部分电路调节工作是整机电路的关键环节，电压调节的误差大小将直接影响数字显示的精度。3.6A/D转换电路设计ADC0804模数转换器是逐次逼近型转换器，它是8位A/D转换器，输出可用范围为0AH63H（1099）。由于本系统不用微处理器控制，所以设计数字电路来实现A/D转换器
11、的转换命令和读取转换数据。ADC0804主要技术指标如下： (1) 高阻抗状态输出 (2) 分辨率：8 位(0255) (3) 存取时间：135 ms (4) 转换时间：100 ms (5) 总误差：1+1LSB (6) 工作温度：ADC0804C为0度70度 (7) 模拟输入电压范围：0V5V (8) 参考电压：2.5V (9) 工作电压：5V (10) 输出为三态结构ADC0804引脚图如下图所示：引脚功能说明:1. PIN1 (CS )：Chip Select，与RD、WR 接脚的输入电压高低一起判断读取或写入与否，当其为低位准(low) 时会active。2. PIN2 ( RD )：Read。当CS 、RD 皆为低位准(low) 时，ADC0804 会将转换后的数字讯号经由DB7 DB0 输出至其它处理单元。3. PIN3 (WR )：启动转换的控制讯号。当CS 、WR 皆为低位准(low) 时ADC0804 做清除的动作，系统重置。当WR 由01且CS 0 时，ADC0804会开始转换信号，此时INTR 设定为高位准(high)。4. PIN4、PIN19 (CLK IN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单元的讯
