基于单片机的电压测量系统的设计【开题报告】

毕业设计（论文）开题报告题目：基于单片机的电压测量系统的设计专业：电子信息工程1选题的背景、意义电子测量是泛指以电子技术为基础手段的一种测量技术。

它是测量学和电子学相互结合的产物。

电子测量除具体运用电子科学的原理、方法和设备对各种电量、电信号及电路元器件的特性和参数进行测量外，还可以通过各种敏感器件和传感装置对非电量进行测量，这种测量方法往往更加方便、快捷、准确，有时是用用其他测量方法不可替代的[1]。

近几十年来计算机技术和微电子技术的迅猛发展为电子测量和测量仪器增添了巨大活力。

电子计算机尤其是尤其是微型计算机与电子测量仪器相结合，构成了一代崭新的仪器和测试系统，即人们通常所说的“智能仪器”和“自动测试系统”，它们能够对若干电参数进行自动测量，自动量程选择，数据记录和处理，数据传输，误差修正，自检自校，故障诊断及在线测试等，不仅改变了若干传统测量的概念，更对整个电子技术和其他科学技术产生了巨大的推动作用。

现在，电子测量技术（包括测量理论、测量方法、测量仪器装置等）已成为电子科学领域重要且发展迅速的分支学科[2]。

电压是属于电子测量中一个重要的组成部分。

了解，测出各种电压的值，有助于让我们更加安全、方便的使用电压。

因此研究电压的测量值具有重要价值[4]。

电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。

电压的基本概念电压是指电路中两点A、B之间的电位差(简称为电压)，其大小等于单位正电荷因受电场力作用从A点移动到B点所作的功，电压的方向规定为从高电位指向低电位的方向。

电压的国际单位制为伏特(V)，常用的单位还有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等，直流电压与交流电压如果电压的大小及方向都不随时间变化，则称之为稳恒电压或恒定电压，简称为直流电压，用大写字母U表示。

如果电压的大小及方向随时间变化，则称为变动电压。

对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压(简称交流电压)，其大小及方向均随时间按正弦规律作周期性变化。

交流电压的瞬时值要用小写字母u或u(t)表示。

电压在国际单位制中的主单位是伏特（V），简称伏，用符号V表示。

[1]1伏特等于对每1库仑的电荷做了1焦耳的功，即1 V = 1 J/C。

强电压常用千伏(KV)为单位，弱小电压的单位可以用毫伏(mV)微伏(μv)。

它们之间的换算关系是：1kV=1000V=10³V1V=1000mV=10³mV1mV=1000μv=10³μv。

电压可分为高电压与低电压.高低压的区别是：以火线的对地间的电压值为依据的。

对地电压高于250伏的为高压。

对地电压小于250伏的为低压。

习惯的想法是380伏或 500伏以上的电压为高压。

220伏的为低压。

其实质是一种误解，也是对电的不了解。

只要高于250伏，哪怕是一千一万十万伏的只要对地电压高于250伏就是高压。

像我们的家庭用电220伏时一种低压。

工业常用的380伏电压其实也是一种低压。

因为它是3根火线1根零线，火线的对地电压是220伏所以它也是低压。

常见的电压电视信号在天线上感应的电压约0.1mV、维持人体生物电流的电压约1mV、干电池两极间的电压 1.5V、电子手表用氧化银电池两极间的电压 1.5V、一节蓄电池电压 2V、手持移动电话的电池两极间的电压 3.6V、对人体安全的电压不高于36V（即≤36V）、家庭电路的电压 220V、动力电路电压 380V、无轨电车电源的电压 550~600V、列车上方电网电压 1500v、电视机显像管的工作电压 10kV以上、发生闪电的云层间电压可达10^3kV。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统[3]。

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）[3]。

而用单片机测电压，可以做到更精确，更不会产生太大的误差。

只有经过更正确，更精确的测量才能对大自然认识才由感性世界跨入了理性世界，才逐步对大自然有了理性的分析，通过分析和归纳，我们才能得到规律性的知识来改造世界，科学技术才能得以高速发展。

牛顿开创的早期自然科学的工作方法可归纳为“观察、实验、理论”，可见，人们是通过观测试验的结果和已经掌握的规律，进行概括、推理，再对所研究的事物取得定量的概念和发现它的规律性，然后上升到理论。

因此，更精确的测量，单片机测量电压的系统影响着科学技术的发展速度和深度[3]。

2相关研究的最新成果及动态着科学技术和生产的发展，检测任务越来越复杂，工作量加大，检测速度测量准确度要求越来越高，这些都对检测仪器和检测系统提出了更高的要求。

微机的出现为解决上述问题提供了条件。

利用微机的记忆，存储，数学运算，逻辑判断和命令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。

近年来微机和大规模集成电路发展很快，价格大幅下降，同时在检测系统中还解决了通用接口母线标准化问题，使微机化仪器和自动检测系统得到了很大发展，正改变着电子测量的面貌[8]。

电压检测是电子检测的一个重要内容。

随着电子技术的发展，对电量检测提出了一系列的要求，主要可概括为：⑴应有足够宽的电量检测范围；⑵应有足够高的测量准确度；⑶应有足够高的输入阻抗；⑷应具有高的抗干扰能力。

电压检测仪器总的可分为两大类：即模拟式和数字式的。

模拟式电量检测表是指针式的。

用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压（或db）刻度。

数字式电压表首先将模拟量通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值[4]。

模拟式电压表由于电路简单、价廉，特别是在检测高频电压时，故在目前，在电压检测中仍将占有重要地位[4]。

数字式电压表在近年来以成为极其精确，灵活多用的电子仪器，并且价格正在逐渐下降。

数字式电量表能很好地与其他数字仪器相交接，因此在电压测量系统的发展中是非常重要的。

目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工检测、工业自动化仪表、自动检测系统等智能化检测领域，示出强大的生命力。

与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量检测技术提高到崭新水平[4]。

讨论数字式电压表的主要内容可归结为电压检测的数字化方法。

模拟量的数字化检测，其关键是如何把随时间作连续变化的模拟量变换成数字量，完成这种变换的电路叫模/数变换器。

所以，数字式电量表可以简单理解为模/数变换器[4]。

我们正处于一个科学技术日新月异的时代，微电子技术的迅速发展，使我们可以也许只需要一片集成电路就可以取代以前的“散件”式组合的设计，免去了装调、匹配的麻烦，降低了成本，提高了系统的可靠性。

随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成度越来越高，已经可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计时器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A 转换器等电路。

人们把这种超大规模集成电路芯片称作“单片机微控制器”，简称单片机。

单片机的出现，引起了仪器仪表的根本性的改革。

以单片机为主体，取代传统仪器仪表的常规检测电路线路，可以容易地将计算机技术与检测控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化检测控制系统”。

这种新型的智能仪表在检测过程自动化、检测到的结果数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。

目前在研制高精度、高性能、多功能的检测控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器使之成为智能仪表的，而仪器仪表中使用最多的微处理器就在于单片机。

在检测控制仪表及数据采集系统中采用单片机技术，使之成为智能仪表后能够解决许多传统仪表不能或不易解决的难题。

同时还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，降低仪表的成本以及加快新产品的开发速度。

我们相信仪器仪表随着科学的进一步发展，其智能化程序将越来越高[4]。

仪器的性能更加优异，测量功能更加强大，仪器的测量精度，测试灵敏度，测量的动态范围等都达到了前所未有的高度[4]。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标电压是检测中最基本的测量量，主要过程是模拟信号经过输入电路调理，在经过放大电路，变换成适合示波器范围的信号幅度，接着该信号，经过A/D转换电路转化成数字信号，数字信号既可以直接经过单片机的处理、保存。

本设计主要设计出示波器的整体电路图，最后画出电路的PCB，根据PCB最后可以得到实体电路图。

从而实现数字储存示波器的设计。

使同学掌握单片机在测控领域的应用，提高学生的编程能力和综合设计能力。

训练正确地应用单片机，培养解决工业控制，工业检测等领域具体问题的能力；学生通过所做课题,熟悉单片机应用系统开发研制的过程，软硬件设计的工作方法，工作内容,工作步骤;对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际,提高动手能力和分析问题，解决问题的能力。

在广泛的自动控制领域中，需要有类似微型计算机功能的支持，但常常又不可能把微型计算机安装在设备里面。

因此，微型控制器的一个重要分支（单片机）应运而生。

随着单片机技术的发展，有许多新一代的单片机已经在片内集成了多路A/D转换通道，大大简化了连接电路和编程工作。

单片机以其稳定可靠、体积小、功耗低、价格低廉的特点广泛应用于多重需要计算机控制功能的现场控制领域和实时控单片机控制系统。

目前企业较多的采用了微机控制技术，广泛应用于各种工业自动控制、检测技术、测量技术等领域。

数字电压表主要由模/数转换电路、单片机控制电路、显示电路等三部分组成。

其中ADC0804等器件组成的转换电路，将输入的模拟量信号进行取样、转换、然后将转换的数字信号送进单片机。

单片机控制电路主要实现对数据进行程序处理；显示电路主要用于将单片机的信号数据转换后显示测量结果。

数字电压表电路组成框图如图所示。

程序流程图:4研究工作详细工作进度和安排2010年11月22日—2010年3月1日阅读相关文献，查找、分析资料，完成开题报告、文献综述、外文翻译的撰写。

3月1日--3月24日对系统做需求分析，明确功能需求与性能需求。

3月25日--4月8日进行软、硬件总体体系结构设计，划分模块，完成系统各模块功能设计。