三位半直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)與制作文獻(xiàn)綜述

1、Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse學(xué)校代碼:學(xué)號(hào):©訝的2期學(xué)冗HENANINSTITUTEOFENGINEERING文獻(xiàn)綜述題目三位半直流數(shù)字電壓哀的設(shè)計(jì)與制作學(xué)生姓名XXX專業(yè)班級(jí)xxx學(xué)號(hào)xxx系（部）電氣信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師（職稱）呂寬洲（副教授）完成時(shí)間2012年1月23日三位半直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)與制作摘要：本文首先對(duì)當(dāng)前的電壓表測量電路的方法進(jìn)行了簡要介紹，然后分析其制作方法，比較優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)所用的電路分析，簡要介紹各個(gè)方案。最后綜合各個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)，分析出了制作數(shù)字式溫度測量電路的大致思。關(guān)鍵

2、字：數(shù)字電壓表電壓測量A/D轉(zhuǎn)換顯示電路數(shù)字電壓表在1952年由美國NLS公司首次從電位差計(jì)的自動(dòng)化過程中研制成功。50多年來，數(shù)字電壓表有了不斷的進(jìn)步和提高。數(shù)字電壓表剛開始是4位顯示，然后是5位、6位，而現(xiàn)在發(fā)展到7位、8位數(shù)碼顯示。DVM勺高速發(fā)展，使它已成為實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)化、提高工作效率不可缺少的儀表，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子、電工測量，自動(dòng)化測試系統(tǒng)等領(lǐng)域。故數(shù)字電壓表已成為一種必不可少的測量儀器。文獻(xiàn)【1】:介紹了一種基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字電壓測量的設(shè)計(jì)方法。本文中數(shù)字電壓測量裝置的核心采用AT89S51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器采用TLC549為主要硬件，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓測量的硬件電路

3、與軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的數(shù)字電壓測量電路簡單，所用的元件少，成本低。數(shù)字電壓測量裝置可以測量0500V的電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上顯示。數(shù)字電壓測量裝置可以測量0500V的電壓值，89S51為8位處理器，當(dāng)TLC549輸入電壓為5V時(shí)，輸出數(shù)據(jù)為255。因此最大分辨率為1.96V（5/255）。如要獲得更高的精度要求，應(yīng)采用位數(shù)更高的A/D轉(zhuǎn)換器。電壓測量的數(shù)字化顯示是將連續(xù)的模擬量，如交流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。文獻(xiàn)【2】：本文介紹了一種基于單片機(jī)的積分式直流數(shù)字電壓表,該電壓表由模擬和數(shù)字兩部分構(gòu)成

4、,系統(tǒng)框圖如圖1所示.模擬電路部分為被測電壓信號(hào)通過自動(dòng)量程選擇電路,采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào).雙積分A/D轉(zhuǎn)換器是由OP07集成運(yùn)放和LM393運(yùn)算放大器組成,利用CD4066電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校零和量程轉(zhuǎn)換功能,其突出優(yōu)點(diǎn)是對(duì)噪聲和某些特定頻率（如工頻）的干擾有非常好的抑制作用,因而,非常適合在噪聲和工頻干擾嚴(yán)重的環(huán)境中.數(shù)字電路部分以AT89S52為核心，控制由光電耦合器6N1371合過來的數(shù)字信號(hào).光電耦合器能有效地抑制尖脈沖和各種噪聲,使信噪比大為提高,其響應(yīng)延遲時(shí)間只有10s左右，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的隔離.最后，由6位數(shù)碼管LED自動(dòng)顯示量程和電壓值.測試結(jié)

5、果表明，該積分式A/D數(shù)字電壓表測量誤差較小,且工作穩(wěn)定。該直流數(shù)字電壓表利用雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理,結(jié)合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行分析的功能.測量范圍為1mW2V,測量誤差土0.5%,測量分辨率達(dá)到0.1mV,能得到比較理想的測量精度,較好地抑制了工頻干擾,并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校零和量程轉(zhuǎn)換功能.調(diào)試系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)積分線性不是很好,在查找了大量資料后發(fā)現(xiàn)是由于積分電容的溫度穩(wěn)定性差,造成了誤差分布不均，而且OP07運(yùn)放的溫度穩(wěn)定性不理想，失調(diào)電流大，這都是造成誤差分布不均的原因。要提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度,對(duì)模擬電路模塊的設(shè)計(jì)將非常重要,不僅要掌握好各種芯片的性能指標(biāo),還要特別注意基準(zhǔn)電壓的調(diào)節(jié),否則會(huì)影響

6、整個(gè)系統(tǒng)的性能,這將是下一步研制的重點(diǎn)。文獻(xiàn)【3】：本文介紹了數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型和工作原理。數(shù)字電壓表的種類繁多，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。較為常用的分類方法是按其工作原理來劃分，一般可分為比較式數(shù)字電壓表、電壓時(shí)間變換式數(shù)字電壓表、電壓頻率變換式數(shù)字電壓表、復(fù)合式數(shù)字電壓表。上述各類數(shù)字電壓表中，逐次比較式和雙積分式是最常用的。數(shù)字電壓表是一種精密的電子儀器，它主要由輸入電路、AD轉(zhuǎn)換器、邏輯控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路以及電源等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其工作過程主要為以下三步：一是輸入模擬量的直流電壓；二是AD變換器將模擬量直流電壓變換成數(shù)字量脈沖輸出；三是計(jì)數(shù)器檢測脈

7、沖數(shù)，由譯碼顯示電路以數(shù)字形式顯示被測電壓值。由此可見，數(shù)字電壓表的核心是模/數(shù)轉(zhuǎn)換（AD）電路。AD變換器把被測電壓直接或間接地轉(zhuǎn)換為與之成比例的數(shù)字量。在各類數(shù)字電壓表中，最常用的AD轉(zhuǎn)換器是逐次比較式和雙積分式轉(zhuǎn)換器。數(shù)字電壓表是利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換原理，將被測電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓測量儀表。數(shù)字電壓表與指針式電壓表相比，具有精度高、速度快、輸入阻抗大、數(shù)字顯示、讀數(shù)方便準(zhǔn)確、抗干擾能力強(qiáng)、測量自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。若將基本的直流數(shù)字電壓表，配上各種適當(dāng)?shù)妮斎朕D(zhuǎn)換電路（如交流直流轉(zhuǎn)換器、電流電壓轉(zhuǎn)換器、歐姆電壓轉(zhuǎn)換器、相位電壓轉(zhuǎn)換器等），則可構(gòu)成多功能的數(shù)字

8、電壓表，即數(shù)字萬用表。目前這類數(shù)字萬用表已成為數(shù)字電壓表的主流。本次設(shè)計(jì)電壓時(shí)間變換式數(shù)字電壓表，采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。文獻(xiàn)【4】：介紹了譯碼驅(qū)動(dòng)電路芯片CD4511的特點(diǎn)和內(nèi)部電路構(gòu)成。封裝形式和外部引腳分布，使用方法和注意事項(xiàng)等內(nèi)容。說明了CD4511電源范圍是5V15V之間，為16引腳雙列直插方式。注意使用時(shí)輸出端不能短路，電路輸出端要接限流電阻。CD4511是由COS/MO翅輯器件和雙極性晶體管構(gòu)成，如此組合，是芯片具有低靜態(tài)耗散和高抗干擾濟(jì)源電流高的特點(diǎn)，所以可以直接驅(qū)動(dòng)LED和其它器件。驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管時(shí)具有監(jiān)測顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、選通等多種功能。文獻(xiàn)【5】：本文介紹一種高精度數(shù)字

9、電壓表設(shè)計(jì)方案。針對(duì)電阻應(yīng)變片式傳感器生產(chǎn)中的信號(hào)靈敏度檢測，該方案利用CS5532高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片對(duì)小信號(hào)電壓進(jìn)行高精度測量。本方案根據(jù)傳感器制造廠家的要求,專門用于電阻應(yīng)變片式傳感器制造作業(yè)中的信號(hào)靈敏度測試。產(chǎn)品只有做到精度高，成本低廉,操作簡單，才能在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。做電壓表，要盡可能精度高，成本低，操作簡單。文獻(xiàn)【6】：介紹了精密測量儀表中,對(duì)測量電路的非線性、溫度漂移、時(shí)間漂移、暫穩(wěn)態(tài)過程等引入的誤差進(jìn)行連續(xù)及定時(shí)校正的措施,通過指數(shù)曲線、時(shí)間序列分析及二次曲線的預(yù)測校正來減小定時(shí)校正的讀數(shù)跳變,使測量精度主要取決于基準(zhǔn)電壓及測量電路的分辨率。精密測量中,由于采用高精度的運(yùn)

10、放、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及基準(zhǔn)電壓等電路,使穩(wěn)定性及精度得到提高,但由于容性、感性器件的存在及儀表內(nèi)溫度場不穩(wěn)定,使電路存在暫態(tài)過程。環(huán)境溫度變化也會(huì)引起模擬器件漂移。只要測量電路在短期,就能通過校正來消除這些誤差,使測量精度主要取決于基準(zhǔn)及分辨率。文獻(xiàn)【7】：本文介紹電壓測量電路框圖及提高電壓測量準(zhǔn)確度的具體方法。在電聲技術(shù)中,經(jīng)常會(huì)遇到電壓測量或計(jì)量的問題。許多非電量如溫度、壓力等也常常轉(zhuǎn)化為電壓來測量,提高電壓測量的準(zhǔn)確度是我們追求的目標(biāo)。此次設(shè)計(jì)中有必要考慮采用自動(dòng)校準(zhǔn)放大器，來提高測量精度。文獻(xiàn)【8】：本文介紹了電壓測量線路對(duì)高精度標(biāo)準(zhǔn)電能表的影響。電壓測量線路對(duì)高精度標(biāo)準(zhǔn)電能表的影響根據(jù)試驗(yàn)

11、結(jié)果,分析了電壓測量線路接線之間的分布電容,對(duì)電壓輸入部分采用電阻分壓器的高精度標(biāo)準(zhǔn)電能表測量時(shí)產(chǎn)生的誤差,進(jìn)而提出減少其誤差的措施。電壓測量線路分布電容對(duì)某些高精度電能表引的測量誤差是不能忽視的,所以高精度的標(biāo)準(zhǔn)電能表（尤其是0.02級(jí)以上的）電壓線路部分采用普通的電阻分壓器是不合適的,應(yīng)采用高精度的電壓互感器或采用具有等電位屏蔽的電阻分壓器。目前如要使用電壓測量線路已采用普通的電阻分壓器高精度標(biāo)準(zhǔn)電能表時(shí),應(yīng)只連接所校驗(yàn)的電壓量的測量線路,其余測量端均不能接測量線,這樣做可使由分布電容引起的誤差達(dá)到可以忽略的程度。文獻(xiàn)【9】：提出并設(shè)計(jì)了一種適用于電壓表的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路.該電路通過對(duì)被測

12、電壓的判斷和量程選擇器的控制,實(shí)現(xiàn)了在高精度儀表中量程的自動(dòng)選擇.電路選用低成本的普通元件,在有效范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)電壓自動(dòng)測量,并且運(yùn)用EWBe真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的局部電路進(jìn)行了仿真，得到了預(yù)期的結(jié)果.提出并設(shè)計(jì)了一種適合于智能電壓表的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路，可借鑒。文獻(xiàn)【10】：本系統(tǒng)是一種基于AT89C52單片機(jī)開發(fā)的量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電壓表的設(shè)計(jì)，以AT89C52AD574為核心，構(gòu)成完備的測量系統(tǒng)，可以對(duì)01000V電壓范圍的電壓進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的精確測量。本文采用程控放大器實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。用89C52進(jìn)行數(shù)據(jù)控制、處理,送到顯示器顯示,硬件結(jié)構(gòu)簡單,軟件采用匯編語言實(shí)現(xiàn),程序簡單、可讀寫性強(qiáng)、效率高

13、。與傳統(tǒng)的電路相比,具有處理速度快、穩(wěn)定性高、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)【11】:電壓是七個(gè)基本物理量之一,在電子測量中無論是電量還是非電量均可以轉(zhuǎn)換為電壓來測量和表征,因此有關(guān)電壓測量的技術(shù)、方法事關(guān)測量的正確與否,本文就電壓測量的有關(guān)問題作了初步探討。電子測量是泛指以電子技術(shù)為基本手段的一種測量技術(shù)。它是測量學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它除對(duì)各種電量、電信號(hào)及電路元器件的特性和參數(shù)進(jìn)行測量外,還可通過各種敏感器件和傳感裝置對(duì)非電量進(jìn)行測量。而電壓測量是電子測量中的基本內(nèi)容,也是集中電路中表征電信號(hào)能量的三個(gè)基本參數(shù)之一,許多派生量都可以通過電壓測量獲取其量值。因此在學(xué)習(xí)過程中對(duì)電壓測量中

14、有關(guān)問題重點(diǎn)加以討論很有必要。文獻(xiàn)【12】：介紹了直流數(shù)字電壓表示值誤差的測量結(jié)果不確定度,本文闡述了文中特殊情況可直接使用本不確定度的評(píng)定方法,其中直流電壓10V點(diǎn)的測量結(jié)果的不確定度可直接使用本不確定度的評(píng)定結(jié)果。利用半導(dǎo)體激光和CCD接收與示波器顯示相結(jié)合這種測量方法，它不僅改變了傳統(tǒng)旋光儀簡單的入射光和接收系統(tǒng),它能使學(xué)生將激光的高亮度、光電接收轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及示波器有效的聯(lián)系在一起,進(jìn)一步提高了學(xué)生綜合使用多種儀器的能力,同時(shí)提高了測量的精度。文獻(xiàn)【13】：此文獻(xiàn)介紹了基于AT89C5i1片機(jī)的數(shù)字電壓表的Proteus仿真設(shè)計(jì)與應(yīng)用。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器ADC08

15、08口共陽極數(shù)碼管為主要硬件,詳細(xì)分析了數(shù)字電壓表Proteus軟件仿真電路設(shè)計(jì)及編程方法。Proteus軟件是一種電路分析和實(shí)物本S擬仿真軟件。它運(yùn)行于WindoWS作系統(tǒng)上,可以進(jìn)行仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路,是集單片機(jī)和SPIC劭析于一身白仿真軟件，功能強(qiáng)大，具有系統(tǒng)資源豐富、硬件投入少、形象直觀等優(yōu)點(diǎn)熟悉了proteus軟件的使用方法，知道如何和進(jìn)行電路仿真，電路原理圖繪制的工作。文獻(xiàn)【14：介紹了如何利用Altumdesigner的EDAC件繪制電路圖，闡明了如何進(jìn)行電路原理圖繪制，模擬電路和數(shù)字電路混合信號(hào)的仿真，多層印制電路板設(shè)計(jì)，圖標(biāo)生成，電子表格生成的具體

16、操作。并介紹了如何繪制PCB圖，繪制PCBft路圖所要遵循的原則和規(guī)則，如何使最終的電路板可靠性高的原則。由此可學(xué)到如何繪制PCB。文獻(xiàn)【15】：給出了當(dāng)前電子器件的大致價(jià)格，芯片使用場和性價(jià)方面的建議。我們在選擇電子器件的時(shí)候能參考價(jià)格和需要來選擇。關(guān)于三位半數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)最常見的有兩種方案：方案一：由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建。此類數(shù)字電壓表一般又分為三位半和四位半，即分別有三位完整顯示位和四位完整顯示位，最高位都只顯示0或者1。它由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源；數(shù)字部分包括計(jì)數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，A/D轉(zhuǎn)換器是它的核

17、心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定的時(shí)序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關(guān)接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。方案二：這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。本系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心控制器，電壓測量電路與ADC0809f連，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將測得的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸人給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理后，形成精度較高的數(shù)字信號(hào)輸出到LE躁碼管進(jìn)行顯示，并留有一定的接口，供擴(kuò)展用。根據(jù)要求和現(xiàn)有條件本人選擇了方案一。

18、參考文獻(xiàn)1 王黎明.基于AT89S51單片機(jī)的數(shù)字電壓測量.威海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，威海2642002 陳仁森.積分式直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì).邵陽學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2008Vol.5No.13 孫正山.數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)類型和工作原理.家電檢修技術(shù)<資料版>2012第10期.4 劉暢生、史俊杰新型集成電路簡明手冊及典型應(yīng)用M西安電子科技大學(xué)出版社5 王偉,劉曉平.高精度數(shù)字電壓表方案設(shè)計(jì).儀表技術(shù)2007年第4期6 唐慧強(qiáng),黃惟一,王順,劉少強(qiáng).測控技術(shù)2003年第22卷第2期7 徐開友.提高電壓測量準(zhǔn)確度的方法.測控技術(shù)2009Vol1422006No148 王運(yùn)全徐新光岳巍.電壓測量線路對(duì)高精度標(biāo)準(zhǔn)電能表的影響.電測與儀表1999年第3期9 張國恒.智能電壓表中量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路研究智能電壓表中量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路研究.西