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1、摘 要本次设计采用先进行AC/DC的转换，再送AD转换并用数码显示的基本思路。基于所测电压信号的特性，模拟电路部分采用精密检波电路和有源低通滤波，能获得平滑稳定的直流电压信号。为了达到测量要求的精度，ADC选用精度为11位、抗干扰能力强的积分式MC14433，而单片机则选用技术成熟的MCS-51系列，此外，引入继电器控制量程，通过软件编程实现单片机对量程的自动换挡，达到自动量程转换。整个系统在交流电压0200V内，实现自动量程转换，并进行四位数码显示，显示值为有效值形式。本次设计的测量范围为0200V交流电压，频率为50HZ，精度0.2V，转换时间1s，实际设计均高于该指标。关键词： 精密检波
2、 有源低通滤波器 自动量程转换ABSTRACTThis design adopts the basic train of thought that take conversion of AC/DC firstly, then sends AD conversion again and use the number shows. Based on the property of voltage signal that be measured, simulated circuit part adopts precision detector circuit and active LPF, can
3、get smooth steady direct current signal. To reach the precision of measure requirement, we choose precision integral type MC14433 of the 11 strong abilities of interference rejection, and chooses technical maturation series single chip computer- MCS-51. Besides, we select relay control span, through
4、 software programming realize single chip computer controlling change gear voluntarily, reach voluntarily span conversion. Entire system realizes voluntarily span conversion in 0200 V of alternating voltage, and carries out to show that value is effective value form. This designed system measures vo
5、ltage signal from 0V to 200V in from of alternating voltage, which its frequency is 50 HZ. The measurements precision is 0.2 V. Actually, the system of voltage measure is to be designed to be higher than this index.Key words: Precision detector circuits Active low wave filter Automatic span changes3
6、6目录第一章 绪论12.1电压的测量32.2交流电压的测量3第三章 方案论证及设计概述10第四章 硬件部分设计及其分析124.1量程转换（即分压电路）124.2单片机控制继电器部分124.3平均值AC/DC转换电路134.4 AD转换214.5单片机及数码显示26第五章 软件及其程序流程部分295.1 数据采集部分的程序流程295.2数码显示部分的程序流程315.3 软件控制量程转换32第六章 总结33参考文献34致 谢35第一章 绪论数字化测量技术是面向21世纪的一项高、新科学技术，其基本内容是将连续变化的被测模拟量转换成离散的数字量，再经过数据采集、计数、编码、传输与存储，最后完成数据化处
7、理、图像处理、显示及打印工作，它所涉及的内容广泛，既有传感器、检测电路。又有数字化仪表、智能仪器、数据采集系统和检测系统。数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。随着现代化技术的不断发展智能化数字表的功能越来越强，越来越多，其使用范围也会越来越广泛。采用智能化数字仪器不仅能提高测量准确度，而且还能提高测量技术的自动化程度，从而提高计量检定人员的工作效率。数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加
8、以显示的仪表。数字电压表具有以下特点：1. 显示清晰直观，读数准确2. 显示位数显示位数通常为38位。判定数字仪表的位数有两条原则： 能显示从09所有的位是整数位； 分数位的数值是以最大显示值中最高位数字定为分子，用满量程时最高位数字作分母。例如：某数字仪表的最大显示值为1999，满量程计数值为2000，这表明该仪器有3个整数位，而分数位的分子为1，分母是2，故称之为3位，读作三位半，其最高位只能显示0或1。五位半以上的大多为台式智能数字电压表。3. 准确度高准确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合。它表示测量结果与真值的一致程度，也反映测量误差的大小，准确度越高，测量误差越小。测量的绝对误
9、差有两种表达形式： V = （a%Vx+b%Vm） V = (a%Vx+n) 其中，Vx为度数值（即显示值），Vm表示满度值。括号中前一项代表A/D转换器和功能转换器（如分压器）的综合误差，后一项是数字化处理所带来的误差。N是量化误差反映在末位数字上的变化量。4. 分辨率高数字电压表在最低电压量程上末位1个字所代表的电压值，称作仪表的分辨力，它反映了仪表灵敏度的高低，分辨力随显示位数的增加而提高。5. 测量范围宽6. 扩展能力强7. 测量阻抗高数字电压表具有很高的输入阻抗，通常为10M10000 M，这样在测量时从被测电路上吸取的电流极小，不会影响被测信号源的工作状态，能减小由信号源内阻引起的
10、测量误差。8. 抗干扰能力强9. 集成度高，微功耗基于上述，数字电压测量占有重要的地位，这里，我们设计有关数字电压测量系统。1第二章 电压测量的有关知识2.1电压的测量电量测量中的很多电参数，包括电流、功率、信号的调幅度、设备的灵敏度等等都可以视作电压的派生量，通过电压测量获得其量值。在非电量的测量中，也都利用各类传感器和测量电路将非电量转换为电压参数。电压测量时，表头并接在被测量电路上比电流测量时表头串接在被测电路中要直接方便。因此，无论是在电子电路和设备的测量调试中，还是在非电量电测技术中，电压测量都是不可缺少的基本测量。22.2交流电压的测量2.2.1交流电压的表征1.峰值：周期性交流电
11、压u（t）在一个周期内偏离零电平的最大值称为峰值，用Up表示，正、负峰值不等时分别用Up+和Up-表示；u（t）在一个周期内偏离直流分量的最大值称为幅值或振幅，；用Um表示，正、负幅值不等时分别用Um+和Um-表示。2.平均值：U实质上就是被测电压的直流分量Uo，在电子测量中，平均值通常指的是交流电压检波后（整流）以后的平均值，又可分为半波整流平均值和全波整流平均值。3.有效值：一个交流电压和一个直流电压分别加在同一电阻上，若它们产生的热量相等，则交流电压有效值U（或Urms）等于该直流电压。4.波形因数、波峰因数：交流电压的波形因数KF定义为该电压的有效值和平均值之比 交流电压的波峰因数KP
12、定义为该电压的峰值与有效值之比 不同的电压波形，其KF、KP值不同，我们可以参看各种常见电压的有关参数。2.2.2交流电压表读数的表示虽然电压量值可以用峰值、有效值、平均值表征，但基于功率的概念，国际上一直以有效值作为交流电压的表征量。电压表（除特殊情况外）几乎都按正弦波的有效值来定度。当用以正弦波的有效值来定度的交流电压表测量电压时，如果被测电压是正弦波，那么由有关的参数表很容易从电压表读数即有效值得知它的峰值和平均值；如果被测电压是非正弦波，那就须根据电压表读数和电压表所采用的检波方法，进行必要的波形换算，才能得到有关参数。32.2.3交流电压的测量方法其测量方法有很多，其中主要是利用交流
13、/直流（AC/DC）转换电路将交流电压转换成直流电压，然后再进行处理。根据转换器电路的类型，可分为检波法和热电转换法。而根据检波特性的不同，检波法又可分为平均值检波、峰值检波、有效值检波。1.均值检波电路输出的直流电流与输入的交流电压的平均值成正比的检波电路，称为平均值检波电路（简称均值检波电路）。（1）电路工作原理平均值检波电路分为半波检波和全波检波图。2-1（a）所示为半波检波电路。图2-1 平均值检波电路在图2-1（a）中，输入的交流电压为正半周时，二极管D导通，负半周时，D截止。检波电路的输出直流电压为输入的交流电压的平均值 （可调节R值），其输出电流中的直流成分I0为： 图2-2 半
14、波检波直流成分I0 (2-1)式中忽略了表头内阻，电容C起交流旁路作用。由于这种电路输出的直流电流是由输入交流电压的平均值决定的，故称为平均值检波。（2）平均值检波特点均值检波电路中，输出的直流电流I0与输入交流电压的平均值成线性关系，所以表头刻度是均匀的。为了便于读数，均值检波电压表的表头也是按照正弦信号平均值与有效值之间的比例关系，将测出的平均值电压换算成有效值来进行刻度的，所以表头读数也是有效值。例如用均值检波电压表，当输入正弦信号电压平均值为0.637V时，其表头读数为0.707V。因此，用一般按正弦电压平均值与有效值的关系定度的均值检波电压表，测量非正弦电压时，由于它的平均值与有效值
15、间的关系与正弦不同，就会产生测量误差。被测电压的波形不同时，其波形误差的大小也不一样。此外，用均值检波的电压表测失真的正弦电压时，通过理论分析可知，当二次谐波的失真度不超过10时，引起的最大波形误差不到1；而三次谐波的失真度不超过10时，其最大波形误差也不会大于5。所以，在测量波形失真不太严重的正弦电压时，平均值检波的电压表比峰值检波的电压表所引起的测量误差小，一般还是可以用的。2. 有效值检波电路输出的直流电流与输入的交流电压的有效值的平方成正比的检波电路，称为有效值检波电路，又称为均方根值检波电路。采用这种检波电路的电压表能直接测出被测电压的有效值。（1）电路工作原理交流信号通过一个电阻在一周期中所发生的热量与直流电流通过同一电阻在同一时间内发生的热量相同，则对应的直流电压的量值称为该交流电压的有效值（R.M.S值）。数字表达式： (2-2)它表明交流电压有效值等于交流电压
