交流数字电压表实验报告

交流数字电压表

电子电路课程设计

2011年9月13日至9月23日

(一)、技术指标

1、整体功能要求

交流数字电压表的功能是，测量正弦电压有效值，以数码管显示测量结果。

2、系统结构要求

交流数字电压表的系统结构框图如下图：

交流数字电压表的系统结构框图

3、电气指标

(1)、被测信号频率范围：

10Hz~10kHz。

(2)、被测信号波形：正弦波。

(3)、显示数字含义：有效值。

(4)、档位：分三档：

1.0V~9.9V

0.10V~0.99V

0.010V~0.099V。

(5)、显示方式：两位数码显示。

4、扩展指标

可自动换档

5、设计条件

电源条件：直流稳压电源提供±5V。

可供选择的器件：

LM324(TL084) 运算放大器2片

LM139 二四线译码器1片

CC4052四选一模拟开关1片

74161四位二进制计数器1片

4511显示译码器

2片

2AP9检波二极管2只

5.1V稳压管2只

发光二极管3只

28C64存储器1片

ADC0804A/D转换器1片

门电路、各种阻容件自定。(二)、方案设计

数字电压表（Digital V oltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。它利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。

而交流是指输入的信号是正弦波，电压表需要显示的是正弦信号的有效值。电路中需有交直流转换。

由测量电压范围可知，显示输入电压的有效值在0.01V至9.9V范围，分成三档。

意味着输入正弦信号的峰峰值为0.028V 至28V。因此，输入需有量程转换及衰减电路。为此，总体方案如下图：

交流数字电压表的组成框图

(三)、单元电路设计

1、输入电路

作为仪表，为减少对被测信号的影通常输入阻抗都比较高，一般在1MΩ左右。另被测信号的最大有效值为9.9V，正弦信号的峰峰值为28V，这么大的信号，无法正常工作，因此，在输入电路中要进行衰减，可作一10：1的电路。

2、量程放大器

输入电压三档：

1.0V~9.9V (

2.8Vp-p~28Vp-p)

0.10V~0.99V (0.28Vp-p~2.8Vp-p)

0.010V~0.099V (0.028Vp-p~0.28Vp-p)

经输入电路衰减10倍后，各档电压：

1.0V~9.9V 衰减后：(0.10V~0.99V )

0.10V~0.99V 衰减后：(0.010V~0.099V )

0.010V~0.099V 衰减后：(0.0010V~0.0099V)

为使后续电路在同一个数量级上工作，选衰减后(0.10V~0.99V )为标准输入，则应对另两档进行放大。量程放大电路如下图：

输入及量程放大器

电路图中R1、R2构成输入电路，实现10：1转换。3V稳压管是防止输入信号过大，损坏运放而加。R3、R4、R5可通过公式计算得到：放大10倍：1+R3/(R4+R5)=10放大100倍：1+(R3+R4)/R5=100，取R3=100Ω时，计算出R4=900 Ω、R5=9KΩ(可用470+430和470K+430K实现)。

3、交流转直流(AC-DC)

输入的正弦信号要经检波电路，实现交直流转换。这里介绍运放半波整流电路。

4、全波整流电路

在半波整流电路的基础上，加一级加法器，可构成全波整流。

在加法器的反馈之路加一个电容，构成一个积分器，可把全波波形变为直流电压。

5、可变增益放大器

经整流后的直流电压要加到AD转换器中，将不同的电压值转换成不同的二进制代码。ADC0804是AD转换器，其输出位为八位，若所加参考电压为5.12V时，其每一台阶电压为ΔVS=Vref/28=5.12/256=0.02V。我们所测量的电压在0.10V~0.99V范围内，每个差值为0.11-0.10=0.01V，因此，要将输入的电压放大。加到0804的电压范围为

0.2V~1.98V。这

可用可变增益放大器来实现。

6、AD转换器

ADC0804模数转

换器是逐次逼近型转换器，其参考电路如下图：

7、B-BCD码的转换

ADC0804转换的二进制数，要转换成数码管显示的BCD码，这一任务可由存储器来实现。ADC0804输入电压的范围为0.2V~1.98V，转换后的相应的二进制数为0AH~63H。将转换后的二进制数作为存储器的地址，而把相应的BCD码值填入到存储单元中，一旦选中了地址，相应的数据就被取出，并送到显示译码器中。

8、显示译码及显示

用4511作为显示译码器，推动数码管显示出被测电压值。

9、量程显示电路

对应不同的输入电压，应用发光二极管来指示所测电压的量程范围。

10、完整电路图如下页：

(四)、电路连接及其调试

一．模电部分

1.运放好坏的测定

2.运放正负电源不能接错

4脚：+5V

11脚：-5V

3.量程放大器的检测

Ui:1.0~9.9V *1档Ui:0.1~0.99V *10档Ui:0.01~0.09V *100档4.半波整流（波形见下图）