三位半直流数字电压表的设计与制作文献综述

1、三位半直流数字电压表的设计与制作 学校代码： 学 号： HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING 文献综述 题 目 _ 三位半直流数字电压_ _ 表的设计与制作_ _学生姓名 XXX 专业班级 xxx 学 号 xxx 系 （部） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 吕宽洲（副教授） 完成时间 2012年 1 月 23日 三位半直流数字电压表的设计与制作摘要：本文首先对当前的电压表测量电路的方法进行了简要介绍，然后分析其制作方法，比较优缺点，并对所用的电路分析，简要介绍各个方案。最后综合各个方案优缺点，分析出了制作数字式温度测量电路的大致思。关键字：数字电压表 电压测量 A/

2、D转换 显示电路数字电压表在1952年由美国NLS公司首次从电位差计的自动化过程中研制成功。50多年来，数字电压表有了不断的进步和提高。数字电压表刚开始是4位显示，然后是5位、6位，而现在发展到7位、8位数码显示。DVM的高速发展，使它已成为实现测量自动化、提高工作效率不可缺少的仪表，现在已经广泛应用于电子、电工测量，自动化测试系统等领域。故数字电压表已成为一种必不可少的测量仪器。文献【1】: 介绍了一种基于AT89S51 单片机的数字电压测量的设计方法。本文中数字电压测量装置的核心采用AT89S51 单片机，A/D 转换器采用TLC549 为主要硬件，实现数字电压测量的硬件电路与软件设计。该

3、系统的数字电压测量电路简单，所用的元件少，成本低。数字电压测量装置可以测量0500V 的电压值，并在四位LED 数码管上显示。数字电压测量装置可以测量0500V 的电压值，89S51 为8 位处理器，当TLC549 输入电压为5V 时，输出数据为255。因此最大分辨率为1.96V （5/255）。如要获得更高的精度要求，应采用位数更高的A/D 转换器。电压测量的数字化显示是将连续的模拟量，如交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。文献【2】：本文介绍了一种基于单片机的积分式直流数字电压表, 该电压表由模拟和数字两部

4、分构成, 系统框图如图1 所示.模拟电路部分为被测电压信号通过自动量程选择电路, 采用双积分A/D 转换成数字信号.双积分A/D 转换器是由OP07 集成运放和LM393 运算放大器组成, 利用CD4066 电子开关来实现自动校零和量程转换功能, 其突出优点是对噪声和某些特定频率( 如工频) 的干扰有非常好的抑制作用, 因而,非常适合在噪声和工频干扰严重的环境中.数字电路部分以AT89S52 为核心, 控制由光电耦合器6N137耦合过来的数字信号.光电耦合器能有效地抑制尖脉冲和各种噪声, 使信噪比大为提高, 其响应延迟时间只有10s 左右, 响应速度快, 实现了模拟信号与数字信号的隔离.最后,

5、 由6 位数码管LED 自动显示量程和电压值.测试结果表明，该积分式A/D 数字电压表测量误差较小, 且工作稳定。该直流数字电压表利用双积分A/D 转换原理,结合单片机实现了对电压信号进行分析的功能.测量范围为1mV2V, 测量误差0.5%, 测量分辨率达到0.1mV, 能得到比较理想的测量精度, 较好地抑制了工频干扰, 并能实现自动校零和量程转换功能.调试系统时发现积分线性不是很好, 在查找了大量资料后发现是由于积分电容的温度稳定性差, 造成了误差分布不均, 而且OP07 运放的温度稳定性不理想, 失调电流大, 这都是造成误差分布不均的原因。要提高系统的稳定性和精度, 对模拟电路模块的设计将

6、非常重要, 不仅要掌握好各种芯片的性能指标, 还要特别注意基准电压的调节, 否则会影响整个系统的性能, 这将是下一步研制的重点。文献【3】：本文介绍了数字电压表的结构类型和工作原理。数字电压表的种类繁多，从不同的角度出发可以有不同的分类方法。较为常用的分类方法是按其工作原理来划分，一般可分为比较式数字电压表、电压时间变换式数字电压表、电压频率变换式数字电压表、复合式数字电压表。上述各类数字电压表中，逐次比较式和双积分式是最常用的。数字电压表是一种精密的电子仪器，它主要由输入电路、AD 转换器、逻辑控制电路、计数器、译码显示电路以及电源等部分组成，其结构如图1所示。其工作过程主要为以下三步：一是

7、输入模拟量的直流电压；二是AD 变换器将模拟量直流电压变换成数字量脉冲输出；三是计数器检测脉冲数，由译码显示电路以数字形式显示被测电压值。由此可见，数字电压表的核心是模/ 数转换(AD)电路。AD 变换器把被测电压直接或间接地转换为与之成比例的数字量。在各类数字电压表中，最常用的AD 转换器是逐次比较式和双积分式转换器。数字电压表是利用模拟数字转换原理，将被测电压转换为数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种电压测量仪表。数字电压表与指针式电压表相比，具有精度高、速度快、输入阻抗大、数字显示、读数方便准确、抗干扰能力强、测量自动化程度高等优点。若将基本的直流数字电压表，配上各种适当的输入转

8、换电路(如交流直流转换器、电流电压转换器、欧姆电压转换器、相位电压转换器等)，则可构成多功能的数字电压表，即数字万用表。目前这类数字万用表已成为数字电压表的主流。本次设计电压时间变换式数字电压表，采用双积分式AD转换器。文献【4】：介绍了译码驱动电路芯片CD4511的特点和内部电路构成。封装形式和外部引脚分布，使用方法和注意事项等内容。说明了CD4511电源范围是5V15V之间，为16引脚双列直插方式。注意使用时输出端不能短路，电路输出端要接限流电阻。CD4511是由COS/MOS逻辑器件和双极性晶体管构成，如此组合，是芯片具有低静态耗散和高抗干扰济源电流高的特点，所以可以直接驱动LED和其它

9、器件。驱动数码管时具有监测显示、亮度调节、存储、选通等多种功能。文献【5】：本文介绍一种高精度数字电压表设计方案。针对电阻应变片式传感器生产中的信号灵敏度检测,该方案利用CS5532高精度A /D转换芯片对小信号电压进行高精度测量。本方案根据传感器制造厂家的要求,专门用于电阻应变片式传感器制造作业中的信号灵敏度测试。产品只有做到精度高，成本低廉,操作简单，才能在实际生产中得到应用。做电压表，要尽可能精度高，成本低，操作简单。文献【6】：介绍了精密测量仪表中, 对测量电路的非线性、温度漂移、时间漂移、暂稳态过程等引入的误差进行连续及定时校正的措施, 通过指数曲线、时间序列分析及二次曲线的预测校正

10、来减小定时校正的读数跳变, 使测量精度主要取决于基准电压及测量电路的分辨率。精密测量中,由于采用高精度的运放、模数转换器及基准电压等电路, 使稳定性及精度得到提高, 但由于容性、感性器件的存在及仪表内温度场不稳定, 使电路存在暂态过程。环境温度变化也会引起模拟器件漂移。只要测量电路在短期内稳定, 就能通过校正来消除这些误差, 使测量精度主要取决于基准及分辨率。文献【7】：本文介绍电压测量电路框图及提高电压测量准确度的具体方法。在电声技术中, 经常会遇到电压测量或计量的问题。许多非电量如温度、压力等也常常转化为电压来测量, 提高电压测量的准确度是我们追求的目标。此次设计中有必要考虑采用自动校准放

11、大器，来提高测量精度。文献【8】：本文介绍了电压测量线路对高精度标准电能表的影响。电压测量线路对高精度标准电能表的影响根据试验结果, 分析了电压测量线路接线之间的分布电容, 对电压输入部分采用电阻分压器的高精度标准电能表测量时产生的误差, 进而提出减少其误差的措施。电压测量线路分布电容对某些高精度电能表引的测量误差是不能忽视的, 所以高精度的标准电能表( 尤其是0.02 级以上的) 电压线路部分采用普通的电阻分压器是不合适的, 应采用高精度的电压互感器或采用具有等电位屏蔽的电阻分压器。目前如要使用电压测量线路已采用普通的电阻分压器高精度标准电能表时, 应只连接所校验的电压量的测量线路, 其余测

12、量端均不能接测量线, 这样做可使由分布电容引起的误差达到可以忽略的程度。文献【9】：提出并设计了一种适用于电压表的量程自动转换电路. 该电路通过对被测电压的判断和量程选择器的控制,实现了在高精度仪表中量程的自动选择. 电路选用低成本的普通元件, 在有效范围内能实现电压自动测量, 并且运用EWB 仿真软件对所设计的局部电路进行了仿真, 得到了预期的结果.提出并设计了一种适合于智能电压表的量程自动转换电路，可借鉴。文献【10】：本系统是一种基于AT89C52 单片机开发的量程自动转换电压表的设计,以AT89C52、AD574 为核心,构成完备的测量系统,可以对01000V电压范围的电压进行量程自动

13、转换的精确测量。本文采用程控放大器实现量程的自动转换。用89C52 进行数据控制、处理,送到显示器显示,硬件结构简单,软件采用汇编语言实现,程序简单、可读写性强、效率高。与传统的电路相比,具有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。文献【11】: 电压是七个基本物理量之一, 在电子测量中无论是电量还是非电量均可以转换为电压来测量和表征, 因此有关电压测量的技术、方法事关测量的正确与否, 本文就电压测量的有关问题作了初步探讨。电子测量是泛指以电子技术为基本手段的一种测量技术。它是测量学、电子学、计算机技术相结合的产物。它除对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外, 还可通过各种敏感器件

14、和传感装置对非电量进行测量。而电压测量是电子测量中的基本内容, 也是集中电路中表征电信号能量的三个基本参数之一,许多派生量都可以通过电压测量获取其量值。因此在学习过程中对电压测量中有关问题重点加以讨论很有必要。文献【12】：介绍了直流数字电压表示值误差的测量结果不确定度, 本文阐述了文中特殊情况可直接使用本不确定度的评定方法, 其中直流电压10V 点的测量结果的不确定度可直接使用本不确定度的评定结果。利用半导体激光和CCD 接收与示波器显示相结合这种测量方法, 它不仅改变了传统旋光仪简单的入射光和接收系统, 它能使学生将激光的高亮度、光电接收转换系统及示波器有效的联系在一起, 进一步提高了学生

15、综合使用多种仪器的能力, 同时提高了测量的精度。文献【13】：此文献介绍了基于AT89C51单片机的数字电压表的Proteus仿真设计与应用。本系统采用AT89C51 单片机、A /D 转换器ADC0808和共阳极数码管为主要硬件,详细分析了数字电压表Proteus软件仿真电路设计及编程方法。Proteus软件是一种电路分析和实物模拟仿真软件。它运行于Window操作系统上,可以进行仿真、分析( SPICE)各种模拟器件和集成电路,是集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能强大,具有系统资源丰富、硬件投入少、形象直观等优点熟悉了proteus软件的使用方法，知道如何和进行电路仿真，电路原

16、理图绘制的工作。文献【14】：介绍了如何利用Altum designer的EDA软件绘制电路图，阐明了如何进行电路原理图绘制，模拟电路和数字电路混合信号的仿真，多层印制电路板设计，图标生成，电子表格生成的具体操作。并介绍了如何绘制PCB图，绘制PCB电路图所要遵循的原则和规则，如何使最终的电路板可靠性高的原则。由此可学到如何绘制PCB。文献【15】：给出了当前电子器件的大致价格，芯片使用场和性价方面的建议。我们在选择电子器件的时候能参考价格和需要来选择。关于三位半数字电压表的设计最常见的有两种方案：方案一：由数字电路及芯片构建。此类数字电压表一般又分为三位半和四位半，即分别有三位完整显示位和四

17、位完整显示位，最高位都只显示0或者1。它由模拟电路与数字电路两大部分组成，模拟部分包括输入放大器、A/D转换器和基准电压源；数字部分包括计数器、译码器、逻辑控制器、振荡器和显示器。其中，A/D转换器是它的核心器件，它将输入的模拟量转换成数字量。模拟电路和数字电路是相互联系的，由逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动显示器显示出相应的数值。方案二：这种方案是利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块等的结合构建数字电压表。本系统以AT89C52单片机为核心控制器，电压测量电路与ADC08

18、09相连，经AD转换将测得的模拟电压信号转换为数字信号输人给单片机，经单片机进行信号处理后，形成精度较高的数字信号输出到LED数码管进行显示，并留有一定的接口，供扩展用。根据要求和现有条件本人选择了方案一。参考文献1 王黎明. 基于AT89S51 单片机的数字电压测量. 威海职业技术学院，威海2642002 陈仁森. 积分式直流数字电压表的设计. 邵阳学院学报( 自然科学版) 2008 Vol.5 No.13 孙正山. 数字电压表的结构类型和工作原理. 家电检修技术2012第10期.4 刘畅生、史俊杰 新型集成电路简明手册及典型应用 M 西安电子科技大学出版社5 王伟,刘晓平. 高精度数字电压表方案设计. 仪表技术 2007年第 4期6 唐慧强, 黄惟一, 王 顺, 刘少强. 测控技术 2003年第22卷第2期7 徐开友. 提高电压测量准确度的方法. 测控技术 2009Vol142 2006 No148 王运全 徐新光 岳巍. 电压测量线路对高精度标准电能表的影响. 电测与仪表 1999 年第3 期9 张国恒. 智能电压表中量程自动转换电路研究智能电压表中量程自动转换