简易数字显示交毫伏表(最终定稿)
《数字电压表》PPT课件
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
5、抗干扰能力
DVM的抗干扰能力可以用串模抑制比(SMR)和共模抑制 比(CMR)表示。
串模干扰是指干扰电压与被测电压串联后进入DVM形成干 扰的情况。
串模抑制比表示为:
H
被测
SMR 20 lg U smp dB
电压 Vx
DVM
U max SMR越大,抗干扰能力越强。
电路,实现多种参数的测量。
常
见的有:
•交流-直流电压变换器
•电流-电压变换器
•电阻-电压变换器
•电抗-电压变换器
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第四章 数字测量方法
➢电阻-直流电压(R-U)转换器
上海师范大学 电子工程系
第四章 数字测量方法
➢直流电流-直流电压(I-U)转换器
上海师范大学 电子工程系
DMM的电容测量方案分析
第四章 数字测量方法
4.1 电压测量的数字化方法 概述
数字电压表(DVM)的重要组成部分是能把模拟电压转 化为相应数字量的A/D转换器。
DVM的主要特点是:精度高、易于智能化和自动化、是 绝大多数数字化仪表的基本组成部分。
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第四章 数字测量方法
DVM的基本结构
Vx
输入电路
A/D转换器
数字 显示器
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逻辑控制 电路
时钟 发生器
模拟部分
数字部分
输入电路:对输入电压衰减/放大、变换等。 A/D转换器:实现模拟电压到数字量的转换。 数字显示器:显示模拟电压的数字量结果。 逻辑控制电路:在统一时钟作用下,协调内部电路有序工作。
第四章 数字测量方法
数字交流毫伏表的设计与制作
〔 北京航空航天大学出版社, 何立民 2 单片机应用文集 5 ( 6 〔 (〕 .〕 2 北京: (7742 〔 刘文武 2 真有效值电压毫伏表的设计与制作 〔 "〕 8〕 2 实验技术与管理, "##( , (9 5 ( 6 : !72 〔 — 输入通道器件分册 〔 北京航空航天大学出版社, 纪宗南 2 单片机外围电路器件实用手册—— 4〕 :〕 2 北京: (7792
摘
要 :晶体管交流毫伏表只能用于正弦电压测量,使测量任意波形电压受到限制 ! 由
"#$%& 、 ’()&*+& 等组成高精度数字交流毫伏表,可以直接计算出输入交流波形的有效值 ! 关键词 :有效值;放大器;单极性 中图分类号 : ,-.%/ 文献标识码 : " 文章编号 :*++. 0 %*12 3 /++* 4 +% 0 ++/& 0 +5
!
数字交流毫伏表的系统组成
数字交流毫伏表的系统流程图如图 * 所示,它由 6 */ 伏电源、整流滤波、放大电
路、 "#$%& 有效值转换电路和数码显示电路组成 !
图*
数字交流毫伏表系统流程图
"
#$%&’ 芯片简介
此方程为 789: ; 〔 "#$%& 芯片能求出真有效值方程的隐含解, 7<=/ > 789:〕 ! 它分成四部
第 % 卷第 % 期 )**+ 年 8 月
大
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民
族
学
院
学
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SN8P0406P中文资料
程式記憶體
資料記憶體
第一章 概論
第二章 位址
緒言 特性 系統方塊圖 包裝型式 腳位的說明
振盪器應用電路接法
元器件交易网
位置 系統暫存器配置表
系統暫存器表格 溢位旗標: 小數溢位旗標: 零旗標: 範例: 暫存器: 暫存器: 查詢表格說明: 定址種類: 單一位址跳躍: 多數位址跳躍:
第三章 振盪電路
振盪器
程式計數器 Βιβλιοθήκη 堆疊緩衝區 累積器與工作暫存器的保護
元器件交易网
振盪啟動穩定時間
看門狗計時器
外部重置保護電路
累積器
工作暫存器
振盪器暫存器 晶體振盪器: 外部時脈輸入: 振盪器:
简易数字显示交流毫伏表的设计
3.2.1自动量程转换程序
有效值测量部分的待测电压范围宽,为保证精度,必须设定多个不同的量程。我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”。前者把电压范围为10mV到2.82V的搬移到2V,后者能把1V到282V的电压搬移到2V。我们通过D/A转换器微调程控放大器的增益,使输入电压搬移到2V附近,然后经A/D转换器得到较为准确的结果电压(接近2V)。通过D/A给出的增益值和A/D得到的结果电压可以运算出待测电压的有效值。
2.系统的硬件设计与实现
2.1系统硬件的基本组成概述
本系统由电源、保护电路、分压跟随、信号放大、信号真有效值转换、A/D、D/A、CPLD频率测试、算法控制器、键盘、显示、语音播报、打印、电源等十几个模块组成。各部分紧密联系,形成了一套完善的测量系统。
2.2有效值测量单元电路的设计
2.2.1有效值转换电路总揽
4.2 指标测试...................................................6
4.2.1真有效值测试..............................................6
4.2.2频率测试..................................................7
1.001V
0.1%
5
100kHz
1.000V
1.007V
0.2%
6
1MHz
1.000V
0.997V
-0.3%
7
2MHz
1.000V
0.996V
-0.4%
幅值响应测试:
序号
频率
输入电压
测量结果
简易数字显示交流毫伏表(最终定稿)
简易数字显示交流毫伏表摘要:本系统由高级模拟器件、CPLD,可实现具有自动量程转换功能的真有效值测量、交流频率测量和标准幅度可控的正弦波输出等功能。
测量部分具有高输入阻抗(R ≥2M,C<2.5pF),宽频带范围(10 HZ-5M HZ),宽电压范围(1mV-250V),高精度(有效值≤1%,频率<10-6)的优越性能。
可满足多方位的需要。
关键词:静电计频率计高频放大真有效值1.系统方案选择与论证1.1设计要求设计并制作一个简易数字显示的交流毫伏表,示意图如图-1所示。
图-1 简易数字显示交流毫伏表示意图1.1.1基本要求(1)电压测量a、测量电压的频率范围100Hz~500KHz。
b、测量电压范围100mV~100V(可分多档量程)。
c、要求被测电压数字显示。
d、电压测量误差±5%±2个字。
e、输入阻抗≥1MΩ,输入电容≤50pF(本项可不做测试,在电路设计中给予保证)f、具有超量程自动闪烁功能。
(2)设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。
1.1.2发挥部分(1)将测量电压的频率范围扩展为10Hz~1MHz。
(2)将测量电压的范围扩展到10mV~200V。
(3)交流毫伏表具有自动量程转换功能。
(5)其他。
1.2系统基本方案及框图根据题目要求及适当的发挥,我们的硬件电路主要包括输入信号的有效值测量、输入信号的频率测量。
其中前两者构成一个测量系统。
测量系统包括:信号调理模块、A/D,D/A模块、信号真有效值转换模块、CPLD频率测试模块、算法控制器模块、键盘显示模块、语音播报及打印模块、电源模块等。
图-3所示。
为实现各模块的功能,分别作了几种不同的设计方案并进行了论证,我们选取了较好的方案实现。
图-3 测量系统框图1.2.1各模块方案选择和论证(1)有效值测量部分:方案一:用分立元件搭焊高频放大电路,用精密整流电路测量输入信号的真有效值。
这种方案成本较低。
但是这种电路结构复杂,调试困难,精度低,温漂大,稳定度低。
数字书写空白表免费打印
数字书写空白表免费打印数字书写空白表是什么?这是大多数人会说的问题。
数字书写空白表是在表格中增加了一些数据分析的功能,以帮助我们快速掌握数据的整体情况。
这种功能很方便用于我们对数据整理与分析的过程中。
数字书写空白表是指用文字、符号或表格表述的数据。
它是根据需要编制表格以及对数据分析报告进行记录而形成的一种数据形式。
它需要在特定条件下将数据转换为文字、符号或表格进行记录、分析、检索、排序和共享等目的。
该表单与表格编辑软件 URL是完全兼容的,用户可以直接从 URL进行编辑,然后将数据导入软件。
可以用来检查某个表格是否正确以及修改内容等等。
1、单击“单元格格式”下拉菜单,选择“文件”,打开 URL界面。
可直接从任意格式或文件编辑模式下对文本进行编辑。
对于 Excel文档,选择“文件”选项卡,进入文件管理器。
在“编辑”下将文本转换为数字格式并在相应页面显示信息。
可以在所有操作中直接在单击“编辑”时,直接将文本转换为英文文件名进行保存。
对于 Excel文件可以直接保存为数据格式并显示信息。
对于其他文档可能会出现不显示数据信息而无法直接编辑处理等情况。
对于 Excel图片显示也需要按照默认格式进行设置才可以。
2兼听表单类型。
兼听表单是在一个表中记录两个以上内容相同的数据。
这类表单通常具有如下特征:①文字处理形式:通过设置文字处理函数来完成表单的文字处理。
②对数字进行处理:通过设置数据处理函数来将表单中数值进行处理和分类。
③计算与查询:当使用数字输入数据时所输入和计算数据所形成的结果。
④自动更新:在需要时自动更新数据,或将已经设置好的数据再显示出来。
⑤查询排序:在需要时进行查询排序。
⑥统计功能:数据分析功能以方便管理层对特定信息进行统计分析和处理。
⑦统计结果显示:对数据进行统计分析和处理以后在不同界面上显示出来。
⑧排序功能:由一列或多列数据组成单元格之间的排序关系。
⑨查询之间的排序关系可以通过选择查询方法进行确定。
数显表说明书(有跳线有参数A4)
10
11
12
13
14
AC220V
15
9
+ 变送输出 2
10 - mA/V
11
12
13
14
15 AC220V 16
8
+ 变送输出 2
9 - mA/V
10
11
12
13 AC220V 14
项目 说明 代码
代码说明
模拟
0 (XY) 无变送输出
变送
1 (XY) 0~10mA DC
E
输出
2 (XY) 4~20mA DC
八、维护与质保
1、由于设计上已考虑到仪表的长期稳定性,在正常使用情况下,仪表无需特别的维护。在正
常操作使用中若出现因产品质量问题而引起的损坏,在仪表售出后十八个月内实行包修、包换、
包退,并愿意为用户提供相关的技术服务。
2、若仪表出现故障或需更改输入信号和压力量程等技术事宜时,请用户及时与本公司技术服
二、特点
1、采用先进的微电脑技术和丰富的软件资源,实现“一机多用”功能。 2、采用微机线性化处理技术,可对任一种热电偶、热电阻信号进行非线性化处理。 3、采用自动数字零点校正、软件滤波、自动冷端补偿、自动复位等技术,提高仪表的抗干扰
性能。 4、采用先进的进口器件,所有调校参数在掉电状态下仍可长期可靠保存。 5、采用全自动数字调校系统,提高了仪表的精度、保证仪表长期工作的稳定性、可靠性、抗
震性、抗腐蚀性。 6、具有灵活的面板设定参数功能,各参数均有上下限值,具有断偶、断阻以及超量程指示。 7、采用卡入式等结构设计,安装尺寸与国产动圈、数字表兼容,便于安装、维修、调换。
三、主要技术指标
1、显示部分: a、单个或双个四位 0.8 英吋、0.56 英吋或 0.36 英吋 LED 数码管; b、实现:单输入单显示,单输入双显示,双输入双显示。
数字多用表
JJG中华人民共和国国家计量检定规程JJG XXXX — XXXX数字多用表Digital Multimeter200X—XX—XX 发布 200X—XX—XX 实施国家质量监督检验检疫总局发布数字多用表检定规程Verification Regulationfor Digital Multimeter本检定规程经国家质量监督检验检疫总局于200X年XX月XX日批准,并自200X年XX月XX日起施行。
归口单位:全国电磁计量技术委员会主要起草单位:中国计量科学研究院参加起草单位:国防科工委电学计量一级站甘肃省计量研究院本规程委托全国电磁计量技术委员会负责解释JJG XXXX — XXXX本规程主要起草人:张力力(中国计量科学研究院)参加起草人:冯占岭(中国计量科学研究院)刘燕虹(国防科工委电学计量一级站)王平静(甘肃省计量研究院)JJG XXXX — XXXX目录1 范围( 1 )2 引用文献( 1 )3 主要术语和定义( 1 )4 数字仪表分类(5 )5 通用技术要求(7 )6 误差表达式(8 )7 检定的环境条件(9 )8 检定设备及要求(9 )9 检定项目和检定方法(10)10 其它主要电气指标的测试(27)11 检定结果处理和检定周期(33)附录 A DC-DVM传递系统图(36)附录 B DMM传递系统图(37)JJG XXXX-XXXX1 范围1.1 本检定规程规定了数字多用表的范围、主要术语和分类、技术要求、检定条件、检定项目、检定方法、检定结果的处理和检定周期等。
1.2 数字多用表(DMM)是可直接测量交直流电压、交直流电流、直流电阻或其它电参量,其功能可任意组合并以十进制数字显示被测量值的电测量仪器仪表。
1.3 本检定规程适用于新生产、新购置、使用中和修理后的数字多用表的检定。
本规程还适用于将一些物理量变换为直流电压、电流、电阻而进行数字测量的某些测量仪表以及模数变换器(ADC) 类似性能指标的检定。
毫伏表
毫伏表电压测量范围为100μV—300V,共分11档量程,各档量程上并列有分贝数(dB),可用于电平测量,被测电压的频率范围为20Hz—1MHz,输入阻抗大于1MΩ。
图一毫伏表的外形,图二是毫伏表的实物图,它与普通万用表有些相似,由表头、刻度面板和量程转换开关等组成,不同的是它的输入线不用万用表那样的两支表笔,而用同轴屏蔽电缆,电缆的外层是接地线,其目的是为了减小外来感应电压的影响,电缆端接有两个鳄鱼夹子,用来作输入接线端。
毫伏表的背面连着220V的工作电源线,使用220V交流电降压整流后作为毫伏表的电源。
图三为毫伏表的刻度面板,共有三条刻度线,第一、二条刻度是用来观察电压值指示数,与量程转换开关对应起来时,标有0—10的第一条刻度适用于0.1、1、10量程档位,标有0—3的第二条刘度适用于0.3、3、30、300量程档位,如量程开关指在0.1档位时,用第一条制度读数,满度10读作0.1V,其余刻度均按比例缩小,若指针指在刻度6处,即读作0.06V(60mV),如量程开关指在0.3V档位时,用第二条刻度读数,满度3读作0.3V,其余刻度也均按比例缩小,毫伏表的第三条刻度线用来表示测量电平的分贝值,它的读数与上述电压读数不同,是以表针指示的分贝读数与量程开关所指的分贝数的代数和来表示读数的,如量程开+10dB(3V),表针指在一2dB处,则被测电平值为+10dB+(一2dB)=8dB。
毫伏表在使用前应垂直放置,因为测量精度以表面垂直放置为准。
在未接通电源的情况下先进行机械调零。
方法是用螺丝刀调节表头上的机械零位螺丝,使表针指准零位。
再将两个输入接线端(鳄鱼夹)短路连接后,接通220V工作电源。
预热数分钟,使仪表达到稳定工作状态。
然后进行调零,将量程转换开关置于所需测量的范围,调节靠左面中间的调零旋钮,使表针指向零位。
这时可将两个输入接线端断开,按入被测电路,便可进行测量。
在使用中每当变换量程后应重新进行调零。
高英Paraphrase专项复习
2. Conversation is not for making a point.Conversation is not for persuading others to accept our idea or point of view.4.Bar friends are not deeply involved in each other’s lives.People who meet each other for a drink in the bar of a pub are not intimate friends for they are not deeply absorbed in each other’s lives.6.They are cattle in the fields,but we sit down to beef.These animals are called cattle when they are alive and fed in the fields; but when we sit down at the table to eat, we call their meat beef.8....English had come royally into its own.The English language received proper recognition and was used by the King once more.10.The rebellion against a cultural dominance is still there.There still exists in the working people, as in the early Saxon peasants, a spirit of opposition to the cultural authority of the ruling class.UNIT 22.All colonial empires are in reality founded upon this fact.All the imperialists build up their empires by treating the people in the colonies like animals(by not treating the people in the colonies as human beings)4.A carpenter sits cross-legged at a prehistoric lathe,turning chair-legs at lighteningSitting with his legs crossed and using a very old-fashioned lathe, a carpenter quicklygives a round shape to the chair-legs he is making.6...every one of them looks on a cigarette as a more or less impossible luxury.Every one of these poor Jews looks on the cigarette as a piece of luxury which they could not possibly afford.8.In a tropical landscape one’s eye takes in everything except the human beings10...for nine-tenths of the people the reality of life is an endless,backbreaking struggle to wring a little food out of an eroded soil.12. People with brown skins are next door to invisible.14.How long before they turn their guns in the other direction?UNIT 32.This much we pledge---and more.We promise to do this much and we promise to do more.4....our last best hope in an age where the instrument of war have far outpaced theinstruments of pace....The United Nations is our last and best hope of survival in an age where the tools to wage war have far surpassed and exceeded the tools to keep peace.6....before the dark powers of destruction unleashed by science engulf all humanity in planned or accidental self-destruction.Before the terrible forces of destruction, which atomic bombs can now release, wipe out mankind, which may be planned or brought about by an accident.8.So let us begin anew,remembering on both sides that civility is not a sign of weakness...Let us start over again. We must bear in mind that being polite does not mean one is weak.10....each generation of Americans has been summoned to give testimony to its national loyalty.Americans of every generation have been called upon to prove their loyalty to their country (by fighting and dying for their country’s cause).UNIT 42.Fads, I submit,are the very negation of reason.A passing fashion or craze, in my opinion, shows a complet lack of reason.4.All the Big Men on Campus are wearing them.Where’ve you been?All the important and fashionable men on campus are wearing them. How come you don’t know?6.With one omission,Polly fitted these specifications perfectly.Except for one thing (intelligence) Polly had all the other requirements.8.In fact,she veered in the opposite direction.In fact, she went in the opposite direction, that is, she is not intelligent but ratherstupid.10.Back and forth his head swiveled, desire waxing,resolution waning.His head turned back and forth (looking at the coat then looking away from the coat.) Every time he looked his desire for the coat grew stronger and his resolution not to give away Polly became weaker.12.Admittedly it was not a prospect fraught with hope,but I decided to give it one more try.14.I was not Pygmalion;I was Frankenstein,and my monster had me by the throat.UNIT 62.New York even prides itself on being a holdout from prevailing American trends... New Yor now boasts that it is a city that resists the prevailing trends (styles, fashion) of American and that it is a place where people can escaped from uniformity and commonness.4...it is making something of a comeback as a tourist attraction...New York is regainning somewhat its status as a city that attract tourists.6.Nature’s pleasures are much qualified in New York.Being a large and crowded city with many tall buildings, etc., the chance to enjoy the pleasures of natrues is very limited in New York.8.But the purity of a bohemian dedication can be exaggerated.But a pure and wholehearted devotion to a Bohemian life style can be exaggerated.10.The television generation grew up in the insistent presence of hype...The television generation was constantly and strongly influenced by extravagant promotional advertising.12.Broadway,which seemed to be succumbing to be the tawdriness of its the environment,is astir again.Broadway, which seemed unable to resist the cheap, gaudy shows put on in the surrounding areas, is once again busy and active.14.The place constantly exasperates,at times exhilarates.New York constantly irritates and annoys very much but at times it also invigorates and stimulates.UNIT 72.their high calls rising like the swallows’crossing flights over the music and the singing.The shouting of the children could be heard clearly above the music and singing like the calls of the swallows flying by overhead.4. Given a description such as this one tends to make certain assumptions.After reading the above description the reader is likely to assume certain things.6.They were mature,intelligent,passionate adults whose lives were not wretched. They were fully developed and intelligent grown-up people full of intense feelings but they were not miserable people.8....the faint insistent sweetness of drooz may perfume the ways of the city...The faint but compelling sweet scent of the drug drooz may fill the streets of the city.10.Its habits are too uncouth for it to respond to humane treatment.The habits of the child are so crude and uncultured that it won’t be able to appreciate kind and tender treatment.12.It is the existence of the child,and their knowledge of existence,that make possible the nobility of their architecture,the poignancy of their music,the profundity of their science.The existence of the child and their knowledge of its existence is the reason that makes their buildings grand and impressive, their music moving and their science intelletually deep.。
数字交流毫伏表
发挥部分电压误差要求较小,建议采 用基准电压源作为参考电压。 MAX6021 2.048V ±7mV ADR392 4.096V ±4mV REF3020AIDBZT 2.048V ±4mV REF02AP 5V ±5mV LM385BD-2-5 2.5V
19
通过 AC-DC 转换后再测量,被测电压为 直流电压,因此对ADC的转换速度要求较低。 一般ADC的转换速度均满足要求。
25
(2)ADC,DAC及接口 AT89S51:无ADC,DAC,I2C和SPI C8051F010:12位ADC,12位DAC,SPI,I2C ATMEGA32L:10位ADC,SPI, STM32F103ZE: 12 位 ADC , 12 位 DAC , SPI , I2C,USB,DMA,24位计数器 MSP430F5438: 12位ADC,SPI,I2C
(3)有效值电压表
11
12
13
利用真有效值转换芯片,直接将交流信号 转换为直流有效值。 AD637 、 AD536 、 LTC1966 、 LTC1967 、 LTC1968
14
基本部分:10mV~10V,100Hz~10KHz 发挥部分:1mV~50V,10Hz~100KHz 1mV ~ 0.5V 范围放大 10倍,放大器带宽增益 积1MHz
ux
输入 电路
A/D
微处理器 键盘
显示器
2
1.2.1基本要求 ( 1 )正弦信号频率测量范围: 100Hz ~ 10KHz ; ( 2 )正 弦信号幅度 ( 峰 峰 值)测量范围 : 10mV~10V; (3)电压测量误差:±10%读数±2%量程; (4)具有量程切换功能; (5)利用液晶显示测量结果。
23
简易数字显示交流毫伏表设计报告
三. 各子模块的设计 3.1 量 程 转 换 /RC 分 压 网 络 /射 极 跟 随 器 模 块 ………………………………………………….10 3.2 真 有 效 值 计 算 模 块 ………………………. 11 3.3 分 频 模 块 ……………………………………11 3.4 正 弦 波 的 实 现 ……………………………..11 3.5 显 示 模 块 ……………………………………12 3.6 键 盘 模 块 ……………………………………12
简易数字显示交流毫
伏表设计报告
摘 要:
本交流毫伏表系统包括继电器开关模块、阻容分压网络、射极跟随器、放大 电路、分频电路、真有效值转换、单片机键盘及显示电路等模块,能够实现交流 电压信号的有效值测量、频率测量,并具有频率步进可调及预置数的正弦信号发 生等功能,数据、 操 作 菜 单 由 LCD 显 示 。 该 交 流 毫 伏 表 可以测量频率范围 为 10Hz-1.5MHz、有效值 1mV-300V 的交流电压信号。正弦信号发生部分采用 AD9851 芯片,频率值键入后,由单片机控制 AD9851,生 成 高 精 度 , 高 稳 定 的 频 率 范 围 为 1HZ-400kHz 的 正 弦 信 号 。 单 片 机 SPCE061A 主 要 实 现 用 户 接 口 界 面 ( 键 盘 扫 描 、 液 晶 显 示 以 及 其 他 服 务 进 程 的 调 度 )、 A/D 转 换 、 D/A 转 换 、 继 电 器 控 制 以 及 电 压 频 率 测 量 计 算 等 方 面 的 功 能 。 该 系 统 具 有 很 好 的 人 机 交 互 性 能 (HCI),方 便 用 户 进 行 操 作 ,并 具 有 自 动 校 准 和 语音报数等功能。
仪表位号表
第一字母 后继字母 被测变量 修饰词 读出功能 输出功能 修饰词 A 分析 报警 报警 B 烧嘴、火焰 供选用 供选用 供选用 C 电导率 控制 控制 D 密度 差 E 电压(电动势) 检测元件 F 流量 比(分数) G 可燃气体 视镜、观察 H 手动 高 I 电流 指示 J 功率 扫描 K 时间、时间程序 变化速率 操作器 L 物位、液位 灯 低 M 水分、湿度 瞬动 中、中间 N 供选用 供选用 供选用 供选用 O 供选用 节流孔 P 压力、真空 监测点、测试点 Q 数量 积算、累计 R 核辐射 记录 S 速度、频率 安全 开关、连锁 开关 T 温度 传送、变送器 U 多变量 多功能 多功能 多功能 V 震动、机械监视 阀、风门 W 重量、力 套管、探头 X 未分类 X轴 未分类 未分类 未分类 Y 事件、状态 Y轴 计算器、转换器 Z 位置、尺寸 Z轴 驱动器、执行机构 注:其他字母组合 FO:限流孔板 LCT:液位控制、 变送 AH:高 AL:低 AHL:高低(A:报警 修饰)IC:指示 RC:记录 C:无指示 CV:自力式(C:控制器) SH:高 SL:低 SHL:高低(S:开关 修饰) (1)仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。仪表位号中的第一位字母表示被测变 量,后继字母表示仪表的功能,回路的编号由工序号和顺序号组成,一般用三位至五位阿拉伯数字表 示。 (2)如果同一仪表回路中有两个以上相同功能的仪表,可用仪表位号附加尾缀(大写英文字母) 的方法加以区别。例如:FT-20lA、FT-20lB表示同一回路内的两台流量变送器。 (3)仪表位号的第一位字母代号(或者是被测变量和修饰字母的组合)只能按被测变量来选用, 而不是按照仪表的结构或被控变量来选用。例如:当被测变量为流量时,差压式记录仪应标注FR,而 不是PDR。控制阀应标注FV;当被测变量为压差时,差压式记录仪应标注PDR;控制阀应标注PDV。 (4)仪表位号中表示功能的后继字母,是按照读出或输出功能而不是按照被控变量选用,后继 字母应按IRCTQSA的顺序标注。 (5)仪表位号的功能字母代号最多不要超过四个字母。 当一台仪表具有指示、记录功能时,仪表位号的功能字母代号只标注字母“R”,而不标注字母“ I”。 当一台仪表具有开关、报警功能时,只标注字母代号“A”,而不标注“S”。当字母“SA”出现 时,表示这台仪表具有联锁和报警功能。 当一台仪表具有多功能时,可以用多功能字母代号“U”标注;也可以将仪表的功能字母代号分组 进行标注。
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简易数字显示交流毫伏表摘要:本系统由高级模拟器件、CPLD,可实现具有自动量程转换功能的真有效值测量、交流频率测量和标准幅度可控的正弦波输出等功能。
测量部分具有高输入阻抗(R ≥2M,C<2.5pF),宽频带范围(10 HZ-5M HZ),宽电压范围(1mV-250V),高精度(有效值≤1%,频率<10-6)的优越性能。
可满足多方位的需要。
关键词:静电计频率计高频放大真有效值1.系统方案选择与论证1.1设计要求设计并制作一个简易数字显示的交流毫伏表,示意图如图-1所示。
图-1 简易数字显示交流毫伏表示意图1.1.1基本要求(1)电压测量a、测量电压的频率范围100Hz~500KHz。
b、测量电压范围100mV~100V(可分多档量程)。
c、要求被测电压数字显示。
d、电压测量误差±5%±2个字。
e、输入阻抗≥1MΩ,输入电容≤50pF(本项可不做测试,在电路设计中给予保证)f、具有超量程自动闪烁功能。
(2)设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。
1.1.2发挥部分(1)将测量电压的频率范围扩展为10Hz~1MHz。
(2)将测量电压的范围扩展到10mV~200V。
(3)交流毫伏表具有自动量程转换功能。
(5)其他。
1.2系统基本方案及框图根据题目要求及适当的发挥,我们的硬件电路主要包括输入信号的有效值测量、输入信号的频率测量。
其中前两者构成一个测量系统。
测量系统包括:信号调理模块、A/D,D/A模块、信号真有效值转换模块、CPLD频率测试模块、算法控制器模块、键盘显示模块、语音播报及打印模块、电源模块等。
图-3所示。
为实现各模块的功能,分别作了几种不同的设计方案并进行了论证,我们选取了较好的方案实现。
图-3 测量系统框图1.2.1各模块方案选择和论证(1)有效值测量部分:方案一:用分立元件搭焊高频放大电路,用精密整流电路测量输入信号的真有效值。
这种方案成本较低。
但是这种电路结构复杂,调试困难,精度低,温漂大,稳定度低。
而且,放大电路的放大倍数难以准确控制,导致放大和测量的结果不准确。
方案二:用优质运算放大器做前级跟随放大,用专用真有效值转换芯片做有效值转换。
这种方案成本较高。
但是,通过合理的选择各级运放,可以做到电路简单可靠,输入阻抗高、测量精度高、近似无级量程转换的优良性能。
(2)频率测量部分:作为扩展功能对输入交流信号的频率进行测量。
要实现快速准确的测量频率,必须要有良好的硬件响应速度和良好的测量策略。
方案一:用单片机的计数器对基准时钟源进行计数。
然后通过计数的比值计算出被测信号的频率。
这种方案节省硬件,用一片单片机实现计数,运算等工作。
但是,由于单片机内部的计数器所能计数的频率有限,更重要的是开始计数和停止计数难以做到同步,所以,此种方法测得的频率精度低,范围窄。
方案二:用8253等专用硬件计数器配合逻辑电路设计一套硬件测量电路。
此种电路如果能合理设计,能做到实时性好,测量准确。
但是设计起来较为麻烦。
需要的硬件多,电路制作复杂。
方案三:采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)编写代码实现频率计数功能。
可编程逻辑器件响应速度快可以达到十几纳秒甚至几纳秒,响应频率可以达到几十兆甚至上百兆,可以实现高速计数。
可编程逻辑器件可以用代码实现硬件的功能,易于修改,而且性能优于传统的电路连接方式,对于一定规模的数字电路尤其显示了其优越性。
1.2.2系统各模块的最终方案(1)有效值测量部分:我们选用方案二:用各种优质运算放大器做信号调理,用有效值转换专用芯片AD637作为有效值测量器件。
(2)频率测量部分:我们选用方案三:用CPLD作为硬件平台进行同步计数,然后用单片机进行数据读取、处理。
精度可达<10-6,测量速度可达0.2s/次。
2.系统的硬件设计与实现2.1系统硬件的基本组成概述本系统由电源、保护电路、分压跟随、信号放大、信号真有效值转换、A/D、D/A、CPLD频率测试、算法控制器、键盘、显示、语音播报、打印、电源等十几个模块组成。
各部分紧密联系,形成了一套完善的测量系统。
2.2有效值测量单元电路的设计2.2.1有效值转换电路总揽此部分为交流毫伏表的主要构成部分,负责输入信号的处理以及测量。
图-4为此部分电路图,可分为分压网络,输入缓冲级,高频放大级以及测量级。
图-4有效值测量原理图2.2.4高频放大级经过分压后的信号一般是比较微弱的,还不能直接去进行真有效值转换,需要放大至合适的幅值。
这种放大器应该是可变的,以保证使输入电压都放大到一个合适的幅度。
我们设计了两种方案,一种方案是通过继电继来改变串入放大的电路的放大级,通过不同放大倍数的组合来实现更多放大比,这种方法增加了继电器的使用,使得切换时有大量的噪声,且不能实现任意放大比;另一种方案就是采用程控放大器,通过电压来控制放大倍数,从而得到最合适的输出幅值,我们采用了此种方案。
我们选择了AD603可变增益放大器。
AD603在增益为-11dB 至31dB范围内具有90MHz的带宽,通过两级AD603级联可实现-20dB至60dB 极宽范围的增益,从而使得放大纺输出的有效值在2V附近,达到最高的精度。
超低温漂基准源AD586的输出经过分压产生500mV的电压加在增益控制脚GNEG 上,而单片机DA输出0-1V的电压加在GPOS上,从而使控制电压Vg=(Vgpos-Vgneg)在-500mV至500mV内,增益公式为Gain=80Vg+20dB。
由于AD603的输入电阻仅为100欧姆,对于级间耦合电容,则需要很大才能达到理想的低频响应,我们用0.1uF,1uF和470uF的电容并联,达到全频带都有理想的响应。
由于AD603的输出幅值仅为+-2V,所以我们级联了一级由AD811构成的同相放大器,其增益为2.从而提高了放大器输出的幅度,进而提高了精度。
如图-8所示:图-8高频放大原理图2.2.5真有效值转换一个交变信号的有效值的定义为:为信号的有效值,T为测量时间,V(t)是信号的波形。
这时,VRMSV(t)是一个时间的函数,但不一定是周期性的。
对等式的两边进行平方得:右边的积分项可以用一个平均来近似:这样式(2)可以简化为:VRMS2=Avg[V2(t)] (4)等式两边除以VRMS得:V RMS ={Avg[]V2(t)}}VRMS(5)这个表达式就是测量一个信号真实有效值的基础、AD公司的真有效值直流变换器也正是采用了这一原理。
AD637是ADI的一款单片集成高精度真有效值转换芯片,0.2V有效值输入时,频响为600K,而当输入信号有效值高于1V是,频响可高达8M。
图-9 AD637内部原理图图-10 AD637外围接线图AD637可提供幅度值和分贝值两种输出接口,以满足不同的需要。
在这里我们接成幅度输出,然后经过A/D变换,由单片机进行处理。
2.2.6 A/D变换12位AD2.3等精度频率计电路设计由于输入的信号是交流信号而CPLD(现场可编程逻辑器件)和施密特触发器是数字芯片,不识别负信号,要把输入交流信号变为直流信号。
用两个电阻实现电压钳位功能,钳位后的信号经7414(施密特触发器)整形为方波后直接输入CPLD对其计数。
原理图如图-11所示。
由于CPLD可以实现高速响应,可以实现准确计数。
图-11频率计原理图2.5 电源电路设计本系统采用±5V,±12V直流供电。
用多抽头变压器产生多路交流低压,桥堆整流,电容滤波,再经LM2576T、LM7905、LM7812、LM7912稳压给系统供电。
电路总功耗<20W。
3.系统的软件设计本系统对软件的要求不高,用前后台式的程序即可能轻松完成系统的基本任务。
3.1程序流程图3.1.1电压频率测量系统程序流程图图-17控制程序流程图3.2程序核心简介3.2.1自动量程转换程序有效值测量部分的待测电压范围宽,为保证精度,必须设定多个不同的量程。
我们多量程是通过分压网络和程控放大器的相互组合来实现的。
分压网络分为两档:1/2分压,1/201分压。
程控放大器(级联AD603)的线性增益调节范围为-20dB 到60dB 。
经测定,在-3dB 到46dB 的范围内线性度最好,噪声最小,所以我们选用此区域。
这样1/2分压网络与程控放大器组合,可以得到-6dB 到43dB 的增益调节范围。
1/201分压网络与程控放大器组合,可以得到-46dB 到3dB 的增益调节范围。
我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”。
前者能把电压范围为10mV到2.82V的搬移到2V,后者能把1V到282V 的电压搬移到2V。
我们通过D/A转换器微调程控放大器的增益,使输入电压搬移到2V附近,然后经A/D转换器得到较为准确的结果电压(接近2V)。
通过D/A 给出的增益值和A/D得到的结果电压可以运算出待测电压的有效值。
这样做的目的是:一、A/D转换器输入的结果电压接近满偏,精度高。
二、真有效值转换芯片AD637的随频率变化的最佳线性区就在2V附近。
这样在很大程度上提高了系统的测量精度。
测量系统的测量过程分为半自动换档和全自动换档。
半自动换档即为只给定“伏特档”或“毫伏档”,而在此两范围内通过“D/A扫描”实现自动搜索并锁定量程。
半自动量程换档的好处在于用户可以事先估测待测电压的大体范围,然后选择两档之一,这样可以减轻“D/A扫描”的负担,提高测量速度和测量准确度。
全自动量程选择是让系统在全量程内搜索电压值。
这样会减慢测量速度,但可以不必估计待测电压的大体范围,使用较方便。
由于分压网络与跟随缓冲器之间的低泄露保护二极管的钳位作用,即使在低压档加上最高点压,也不会烧坏系统。
所以,系统尽可以在全量程内搜索电压值,这为全自动量程换档提供了可能性。
换档过程采用误差积分式的算法。
根据当前档测得的结果电压与2V进行比较,通过比较误差调整D/A增益给定。
这样换档超调小,速度快。
3.2.2频率测试的VHDL程序等精度频率计的实现方法可以简单的用图-19表示:图-19等精度频率计主控结构图-19 中预置门控信号CL可由单片机发出,CL的时间宽度对测频精度影响较小,只是影响测频的最小值,所以可以在0.1秒至1秒间任意选取,令其为Tp。
B和T是两个可控的32位高速计数器,BEN和TEN分别是各自的计数使能信号,高电平有效。
20M标准信号源从B的时钟输入端BCLK输入,被测信号经整形后从与B相似的32位高速计数器T的时钟输入端TCLK输入。
测频开始前,首先发一个清0信号CL,高电平有效,是两个计数器、D触发器和4位选通信号均置0,然后由单片机发出测频允许命令,即令预置门控信号CL为高电平,这时D触发器要一直等到被测信号的上升沿到来之后Q端才被置1(即令START为高电平),与此同时,将同时启动两个计数器B和T,进入计数允许周期。