智能数字交流毫伏表的设计与实现
智能化DVM(数字电压表)的设计
智能化DVM的设计单片机课程设计前言数字电压表（DigitalVoltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。
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测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，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，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
本文介绍一种基于AT89S52单片机的一种电压测量电路,该电路采用高精度、双积分A/D转换电路，测量范围直流0～500伏，使用LED数码管模块显示，可以与PC机进行串行通信。
正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了89S52的特点，AD0809的功能和应用。
该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。
目录第一章设计任务书 (4)1.1设计名称 (4)1.2设计技术指标与要求 (4)1.3产品说明 (4)第二章设计原理及基本框图 (5)第三章硬件电路的设计 (5)3.1 输入电路 (5)3.2 A/D转换电路 (6)3.2.1 ADC0809的结构及原理 (6)3.2.2 ADC0809应用说明 (8)3.2.3 AD0809与单片机连接电路 (8)3.3 复位电路 (9)3.4 时钟振荡电路 (9)3.5 量程切换电路 (10)3.6 显示电路 (11)第四章 PCB图与系统原理图 (12)第五章系统仿真 (14)5.1系统仿真图 (14)心得体会 (14)鸣谢 (15)参考文献 (15)附录 (16)第一章设计任务书1.1 设计名称智能化DVM的设计1.2 设计技术指标与要求A、测量范围量程：0～5V；0～50V；0～500V显示位数：二位半B、分辨力：0.1VC、测量速率：２次／秒D、量程选择方式：手动选择量程1.3产品说明数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
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
"#$%& 、 ’()&*+& 等组成高精度数字交流毫伏表，可以直接计算出输入交流波形的有效值 ! 关键词 ：有效值；放大器；单极性 中图分类号 ： ,-.%/ 文献标识码 ： " 文章编号 ：*++. 0 %*12 3 /++* 4 +% 0 ++/& 0 +5
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数字交流毫伏表的系统组成
数字交流毫伏表的系统流程图如图 * 所示，它由 6 */ 伏电源、整流滤波、放大电
路、 "#$%& 有效值转换电路和数码显示电路组成 !
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数字交流毫伏表系统流程图
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附录四 YB2173F智能数字交流毫伏表
附录四YB2173F智能数字交流毫伏表一、使用特性YB2173F智能数字交流毫伏表具有以下特点：1. 仪器全部采用集成电路，工作稳定、可靠。
2. 仪器由单片机智能化控制和数据处理，实现量程自动转换。
3. 可测正弦波、方波、三角波、脉冲波等不规则的任意波信号幅度。
4. 具有双通道、双数显和开关切换显示有效值和分贝值功能。
5. 具有共地/浮置功能，6. 仪器采取了屏蔽隔离工艺，提高了线性和小信号测量精度。
7. 测量精度高，频率特性好。
二、技术指标1．测量电压范围300μV~300V，-70dB~+50dB2．基准条件下电压的固有误差：（以1kHz为准）±1.5%±3个字3．测量电压的频率范围：10Hz~2MHz4．基准条件下频率影响误差：（以1kHz为准）50Hz~80kHz ：±4%±8个字20Hz~50Hz；80kHz~500kHz ：±6%±10个字10Hz~20Hz；500kHz~2MHz ：±15%±15个字注：1mV以下信号指标考核到1MHz5．分辨力：10μV6．输入阻抗：输入电阻≥1MΩ；输入电容≤40pF7．双通道隔离度：100dB8．最大输入电压：500V（DC+AC P-P）9. 输出电压：1Vrms±5%（以1kHz为准，输入信号为5.5×10n V（-4≤n≤1，n为整数）±2个字输入时）10．噪声：输入短路≤15个字11．电源电压：交流220V±10% 50Hz±4%注意事项：输入电压不可高于规定的最大输入电压。
三、前后面板各控制键作用说明前面板：1. 电源开关电源开关弹出时为“OFF”位置。
2. 通道1（CH1）电压/分贝显示窗口161LCD数字窗口显示通道1（CH1）输入信号的电压值或分贝值。
YB2173F双路智能数字交流毫伏表前面板图3. 通道1（CH1）输入插座通道1的输入信号由此端口输入。
6、智能数字交流毫伏表的设计与实现
智能数字交流毫伏表的设计与实现ΞThe Design and R ealization of Intelligent Digital AC Millivoltmeter张 ,周婷婷,扈 啸(国防科学技术大学三院 湖南长沙410073)【摘 要】 介绍了一种基于单片机和测量电压真有效值方案设计的智能数字交流毫伏表。
它能精确测量任意波形的低频模拟周期信号并同时显示其有效值和分贝值。
具有智能量程转换功能。
关键词:单片机,数字毫伏表,真有效值,智能量程转换【Abstract 】 This paper introduces a kind of intelligent digital AC millivoltmeter that is based on the chip microcomputer and the design of voltage ’s real virtual value measuring.It not only can measure the discretionary low 2frequency analog signals exactly ,but also can simultaneously show their virtual values and decibels.It has the function of intelligent range switching.K eyw ords :chip microcomputer ,digital millivoltmeter ,real virtual value ,intelligent range switching1 引 言在电气测量中,电压是一个很重要的参数。
如何准确地测量模拟信号的电压值,一直是电测仪器研究的内容之一。
目前所用的模拟电压表多为平均值检波,存在测量非正弦信号误差较大、测量小信号时漂移较大的问题,致使仪器灵敏度受到限制。
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 AD637
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。
智能交流电压表设计
智能交流电压表的设计摘要:电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。
本文在研究国内外有关智能仪器仪表最新科研成果的基础上，采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。
这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。
智能化仪表不仅具有传统仪表的显示功能，还应具有通信功能。
把测量到的数据信息发送给上位计算机或远程计算机，接收并执行计算机或其他控制单元发出的指令.智能仪表将作为工厂底层网络的主体，在工业生产的自动化、总线化、网络化方面发挥主导作用。
关键词: 单片机；智能仪表；数据处理；通信DESIGN OF INTELLIGENT AC VOLTAGE METERABSTRACT：Electrical parameter includes voltage,current,power，frequency，power factor,and so on .The adjustment system of electrical network needs many panel instruments that can show the electrical parameter,such as voltage,current,power,ually these instrument is not accurate,wastes manpower resource,and the management of the data is inconvenient and easy to mistake.Recently the development of micro-electronics technology and the advent of SLSI,especially the advent of singlechip,lead to a new revolution in the field of instrument.In this paper，on the basis of studying the up to date fruit of instrument ,a new intellective instrument which adopts singlechip as control core and which can communicate with the PC is designed. This appliance which bases on the singlechip compounds the technology of computer and measure. It is improved very much on processing result and the diversification of function.Intelligent instrumentation is not only traditional instrument display, but also with the communication function. Put measurement information to the data sent to the host computer or remote computers, receive and the implementation of a computer or other control unit issued directives. Intelligent instrumentation as a factory-floor main network, in industrial production automation, bus, Internet-based play a leading role.Keywords: singlechip;intellective instrument;data process;communication.第1章绪论电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
数字交流毫伏表的硬件系统设计
图 ３ 交流 毫伏表的输出部分
数字交流 电压 毫伏表在生产和 生活 中得到 了广泛 的应 用 ， 本 论文采用凌阳 １ ６位单片机 Ｓ Ｐ Ｃ Ｅ ０ ６ １ Ａ作为控制核心 ，设计 了新一 代数字式交流 电压测量 设备 ， 经过把待测信号放大 、 ｈ ／ ｏ转换进入 单片机 ， 由液 晶显示测量结果， 采用 Ａ Ｄ ９ ８ ５ ４来 实现 正弦波形产 生，
两大 部 分 。 电压 测 量 部 分 以模 拟 电路 为 主 ， 配合放 大模块 、 Ａ／ Ｄ 转 入 ／输出功能外 ， 还有一 些特殊功能 。 化模块 、 显示模块 ； 进行数据 处理 ， 信 号产 生以直接 数 字式频率合 三、 交流毫伏表 的输 出部分设计方案（ 如 图 ３所示 ）
一
、
换 ，我 们 通 过 ７ ８ １ ５ 、 ７ ９ １ ５本 别 产 生正 负 １ ５ Ｖ电压 给 Ａ Ｄ ６ ２ ０与 Ａ Ｄ ８ １ １供 电 ，用 ７ ８ ０ ５产 生 ５ Ｖ 电压 给 凌 阳 Ｓ Ｐ Ｃ Ｅ ０ ６ １单 片 机 与 Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２单 片 机 供 电 ， 用 Ａ Ｍ Ｅ ７ １ １产 生 ３ ． ３ Ｖ稳 压 给 Ｄ Ｄ Ｓ芯 片 Ａ Ｄ ９ ８ ５ ４供 电 。
输 出部 分 的 核 心 采 用 Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２和 Ａ Ｄ ９ ８ ５ ４芯 片 和 Ａ Ｄ ８ １ １芯 片 来设 计 完成 ， Ａ Ｄ ９ ８ ５ ４芯片 它 内部 集 成 了 ４ ８ －Ｂ ｉ ｔ频 率 累 加器 、 ４ ８ －Ｂ ｉ ｔ 相位累加器、 正余弦波形表、 １ ２ 位 正交数模 转换器 以及调 制和控制 电路， 该芯片能够在单片上完成 频率调制 、 相位调制 、 幅 度调制 以及 Ｉ Ｑ正交调制等多种功 能， 因而具有很高的性能价格 比 和广阔的应用领域 。
可测频率的交流毫伏表设计
可测频率的数字交流毫伏表设计摘要本设计是基于AD637电路的交流数字毫伏表电路设计。
该毫伏表是基于真有效值转换(True RMS-to-DC Converter)技术，以真有效值转换集成芯片AD637为核心，以微控制器（MCU）为量程转换控制，以高精确度10位分辨率串行A/D转换器为模数转换，通过LCD显示，并辅以必要的外围电路设计而成。
数字交流毫伏表系统主要由MCU控制模块、程控放大器模块、真有效值转换模块、频率测量模块、电压数字显示模块等组成，并且能够根据实际交流电压输入完成相应的量程转换功能，同时使用LCD显示测试电压值。
该电路采用TLC1594高精度串行A/D转换电路，测量范围在Vpp为0-10伏的交流信号，用LCD液晶显示。
正文着重给出了软硬件系统的各部分电路，介绍了电路的基本原理，89C51最小系统的特点，TLC1594的功能和应用，LCD1602的功能和应用。
该电路设计新颖、功能强大、可扩展性强。
关键词真有效值数字显示频率测量TLC1594 A/D转换器引言数字电压表(数字面板表)是当前电子、电工、仪器、仪表和测量领域大量使用的一种基本测量工具，有关数字电压表的书籍和应用已经非常普及了。
在电气测量过程中，电压是一个很重要的技术参数。
如何准确地测量模拟信号的电压有效值，一直是电测仪器研究的内容之一。
目前，低精度交流数字毫伏表大多采用平均值原理，只能测量不失真正弦信号的有效值，故受到波形失真度的限制而影响测量精确度和使用范围。
真有效值数字仪表可以测量在任何复杂波形而不必考虑波形种类和失真度的特点以及测量精确度高、频带范围宽、响应速度快的特点而得到广泛应用[1]。
在真有效值数字电压表设计中，提高系统的测量精确度、稳定性、改善线性、提高频率响应特性是本设计中的关键。
数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。
和以往的仪器、仪表有所不同的是该设计具有智能调挡功能，它是基于单片机为基础的智能化仪表，是单片机应用领域中的又一个新的亮点。
智能数字万用表的设计
智能数字万用表的设计摘要：本智能数字万用表由凌阳SPCE061A单片机、MC14433——3 位A/D 转换电路、自动量程转换电路、交直流转换电路和大、小电阻测量电路组成，能够对交流电压、直流电压、大电阻和小电阻进行精确测量。
使用凌阳SPCE061A 单片机作为控制模块，实现量程自动转化；使用MC14433实现A/D转换；使用简易软键盘、凌阳SPLC501液晶显示模组实现输入和显示；使用单片机读取MC14433的数字信号来控制模拟开关，从而改变反馈电阻的大小实现档位的不同选择；本设计能够准确对被测量进行测量，所有性能指标符合要求。
关键词：数字万用表单片机 MC14433 交直流电压测量电阻测量一、方案论证1.交流电压的测量：由于交流电压不能直接测量，必须转换为直流电压。
转换方案有3种：方案一、热电偶测量法：根据交流有效值的物理定义来实现测量的，利用热电偶电路平衡原理通过两端的电势比较得到有效值。
但热电偶转换线性度差，且热电偶具有配对较难、响应速度慢、负载能力差等缺点。
方案二、模拟运算法：根据有效值的数学定义，用集成器件乘法器、开放器等依次对被测信号进行平方、平均、开方等计算直接得到交流输入信号的有效值。
这种方案测量的动态范围小、精度不高且输入信号的幅度变小时，平均器输出电压的平均值下降值很快、输出幅度很小。
方案三、交流整形电路：使用AD637等集成有效值转换芯片，把交流电压信号转换为幅值等于交流有效值的直流电压信号，在对直流电压进行测量，这种方案电路简单、响应速度快、失真度小、工作稳定可靠。
综上，采用方案三进行交流电压的测量。
2.小电阻的测量：由于小电阻在通入电压后发热，测量出的电阻值会产生较大的误差，对于小电路有3种方案测量：方案一、直流电桥测量法。
直流电桥又分直流单电桥和直流双电桥。
采用这两种方法测量时很多操作需要手动，并且对元件精度要求高，通过数字电位器来改变需要的电阻参数，索然可以实现数控，但数字电位器的每一级步进电阻值不确定，调节困难，用单片机处理计算复杂并且测量时操作不便。
数字交流毫伏表的设计_毕业设计论文
数字交流毫伏表的设计毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1．引言 (6)2. 设计工具的简介 (7)2.1 主要设计工具的介绍 (7)2.1.1 PROTEL99简介 (7)2.1.2 绘制PCB时的注意事项 (7)3. 工作原理 (9)3.1一般数字电压表的基本工作原理 (9)3.2 本设计数字电压表的工作原理 (9)3.3 单元电路的原理及设计 (10)3.3.1 输入通道的设计 (10)3.3.2 反相放大器的设计 (11)3.3.3 AC/DC转换部分的设计 (12)3.3.4 量程自动转换电路的设计 (14)4. 整机的组装和调试 (22)4.1 整机的组装 (22)4.2 调试 (22)4.3 校验 (22)4.4 改进方案 (23)结论 (24)心得体会 (24)致谢 (25)参考文献 (25)附录A (27)附录B (29)1 引言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量。
其中，电压量的测量最为经常。
而且随着电子技术的发展，更需要测量弱电的电压，所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。
另外，由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐，数字式交流毫伏表就是基于这种需求而发展起来的。
随着电子技术的不断发展，电子仪器的发展也是令人瞩目的。
总的来说，电子仪器有两个方向的发展趋势：一是向多功能、多参数、高精度、高速度方面发展，另一个是向实用化、小型化、数字化、廉价的通用或单一用途方面发展。
对于数字式电压表来说，一方面趋向于合并于数字式万用表中，另一方面趋向于使用方便、小型廉价的单一用途电压表。
本文所研制的数字式交流毫伏表的显著特点是测量范围宽，可测电压范围为500V以下，最大分辨率为0.01mV，且可以实现量程自动转换，操作简单，使用方便。
该电压表还具有在—定的测量范围内将量程自动选择在最佳位置的功能，从而可以快速、方便、准确地测量电压。
简易数字毫伏表的设计(完整论文)
目录摘要 (I)Abstract ............................................ 错误!未定义书签。
第一章引言 . (1)第二章系统设计思想 (2)2.1测量方案 (2)2.2 输出部分中各模块的方案选择 (2)2.3 最终整体方案设计 (2)2.4 总体设计方案 (3)第三章系统的硬件设计 (5)3.1 系统硬件的主要组成部分与理论分析计算 (5)3.1.1系统硬件部分 (5)3.1.2理论分析与公式计算 (5)3.2 系统各模块单元的理论分析与实际电路设计 (6)3.2.1测量部分 (6)3.2.2输出部分 (9)3.2.3毫伏表的基本电路部分 (14)3.2.4稳压电源部分电路设计 (14)第四章系统的软件设计 (16)4.1主流程图 (16)4.2软件子流程图 (17)4.2.1测量部分 (17)4.2.2输出部分软件流程图 (18)第五章调试（系统测试）过程 (19)5.1测试仪器与设备 (19)5.2 测试过程 (19)5.2.1分模块调试： (19)5.2.2整机系统调试： (19)5.3结果分析 (19)总结 (21)结束语 .............................................. 错误!未定义书签。
参考文献 (23)简易数字交流毫伏表设计摘要本系统分电压测量和信号产生输出两大部分，电压测量部分以模拟电路为主，配合放大模块、A/D转化模块、显示模块；通过凌阳单片机进行数据处理，在误差允许范围内显示测量电压值。
信号产生以直接数字式频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis,简称DDS或DDFS)为核心，经过AT89S52对DDS芯片内部进行控制，使之输出标准正弦波形，利用编程实现频率预置、步进，达到电压输出频率的可调节步进。
通过调试与测量完成了题目的基本部分和全部发挥部分的要求并有自己的创新。
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。
数字式智能毫伏表的设计与研究
数字式智能毫伏表的设计与研究作者：王梦文来源：《数字技术与应用》2010年第04期摘要:本文主要介绍了一种智能型超高频毫伏表的设计。
设计以单片机8031为核心用来处理数据,控制整个仪表的工作。
该仪表可进行多次采样,并且能够实时显示信号的电压和频率值,同时可拟合出各段电压的曲线并进行自动校正,使仪表的测量精度和灵敏度都得到了大大的提高。
关键词:超高频毫伏表单片机电压测量频率测量1 引言测量技术和测量仪表的发展是一个国家科学技术、工业化水平和现代化程度的重要标志。
在无线电子测量中,频率测量、电压测量占有重要的地位,而高频电压信号测量的精度和手段更是当今测量仪器中极为关注的问题。
高频电路中的电压和频率是最主要的电路参数,因此超高频率、电压的计量是许多参数的测量基础。
本文在吸收以前此类产品的优点的同时设计了一种实现实时测量并显示的数字式智能型超高频毫伏表。
2 设计框图与工作原理2.1 设计框图系统设计的框图如图1所示。
2.2 工作原理系统输入的为高频小信号,系统主要包括两大部分即电压测量和频率测量。
输入信号的电压测量采用检波法,经倍压检波器后,由放大器进行程控放大,放大后经A/D转换,将模拟信号变为数字信号,进入单片机8031的微处理器,由于干扰信号的存在,所以必须对信号进行多次测量,求其平均值,最后进入误差校正,所得的数据才能送入显示器件,从而完成电压的测量功能。
在测量频率的过程中,被测信号的频带较宽,上至几百兆赫,下至几百千赫,而单片机8031只能进行几百千赫兹的信号的检测和处理,所以对被测信号必须进行多级分频,使信号落在单片机可处理的范围内。
其中在处理高频电路时,采用ECL电路。
ECL电路是发射极耦合逻辑电路,是一种非饱和型的数字逻辑电路,它可以消除限制速度,提高晶体管的存储时间,具有工作速度快,逻辑功能强,扇出能力高,噪声比较低,引线干扰少等优点。
由于单片机内部带有定时器、计数器等,所以控制信号、启动信号、复位信号、量程转换等均由单片机进行控制,克服了传统的频率计手动控制闸门时间,选择不同量程的不利因素。
基于stm32的数字交流毫伏表的设计与实现
基于stm32的数字交流毫伏表的设计与实现
随着电子技术的快速发展，数字交流毫伏表在电力系统、电子仪器仪表以及工业自动化等领域得到了广泛应用。
本文将介绍基于STM32微控制器的数字交流毫伏表的设计与实现。
首先，数字交流毫伏表的设计需要考虑到测量范围、精度和稳定性等因素。
通过使用STM32微控制器，我们可以轻松实现高精度的电压测量，并且可以根据具体需求选择合适的ADC（模数转换器）分辨率和采样速率。
在硬件设计方面，我们可以采用STM32微控制器作为核心处理器，并通过外部电路连接到待测电路。
在输入端，可以利用电压分压电路将待测电压降低到微控制器可接受的范围内。
同时，为了提高测量精度和稳定性，可以在输入端加入滤波电路和放大电路，以减小噪声干扰和增强信号强度。
在软件设计方面，我们可以利用STM32开发板上的嵌入式软件开发工具进行程序编写。
首先，需要编写ADC的初始化代码，配置采样速率和分辨率。
然后，通过读取ADC的值来获取待测电压的模拟量表示。
接下来，可以通过数值计算和数据处理来将模拟量转换为数字量，并进行格式化输出。
除了基本的电压测量功能，数字交流毫伏表还可以通过添加LCD显示屏和按键等外设，实现更多的功能。
例如，可以实现电压波形的实时显示和存储、最大值和最小值的记录、报警功能等。
在实现过程中，需要进行实际测量和校准，以确保测量结果的准确性。
可以通过与标准电压源进行比对，对数字交流毫伏表进行校准和调整。
综上所述，基于STM32微控制器的数字交流毫伏表具有高精度、稳定性和易扩展性等优点。
它在电力系统监控、电子测试仪器和实验室等领域有着广泛的应用前景。
数字式交流毫伏表说明书
毕业设计说明书数字式交流毫伏表电路的设计专业电气工程及其自动化学生姓名姜晓天班级BM电气082学号0851402211指导教师成开友完成日期2012年5月22日数字式交流毫伏表电路的设计摘要：当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。
数字集成电路本身在不断地进行更新换代。
它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路，发展到超大规模集成电路(VLSIC)以及许多具有特定功能的专用集成电路。
本文设计的电路分为模拟和数字两个部分，具有量程自动转换功能。
输入信号经过输入通道进入放大器部分，经过放大后，由AC/DC转换电路转换为与交流电压有效值相等的直流电压。
该直流电压经过V/F转换电路输出相应的频率量，然后计数器部分在秒脉冲的控制下进行技术测量，最后显示出读数，从而完成电压的测量。
本文所设计的数字式交流毫伏表的显著特点是测量范围宽，可测范围在500V 以下，最大分辨率为0.01mV，且可以实现量程自动转换，操作简单，使用方便。
电压表还具有在一定测量范围内自动选择量程的功能，从而可以快速，方便，准确地测量电压。
关键词：A/D转换；V/F转换；量程自动转换；计数器Digital AC millivoltmeter circuit designAbstract:Today's society is the digital society , the society of a wide range of applications of digital integrated circuits . Digital integrated circuits constantly upgrading . By the early tubes, transistors , small - scale integrated circuits developed to ultra - LSI ( VLSIC ) as well as many ASIC has a specific function .In this paper, the design of the circuit is divided into analog and digital two parts , with a range automatic conversion . After the input channel , the input signal into the amplifier section, after amplification by AC / DC converter circuit to convert the DC voltage equal to the AC voltage rms . The output frequency of the DC voltage conversion circuit through the V / F , then the counter part of the second pulse control techniques to measure , and finally show the reading , thus completing the measurement of the voltage .Designed digital AC millivoltmeter notable feature is the wide measuring range can be measured in the range below 500V , the maximum resolution of 0.01mV , and can realize automatic range conversion , simple operation, easy to use . The voltmeter also has automatically selected range in a certain measuring range of functions , which can be fast , convenient and accurate measurement of voltage .Key Words: A / D converter ; V / F conversion ; automatic conversion range ; counter盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2012)目录1.概述 (1)2. 设计总体方案 (2)3.模拟部分设计 (2)3.1 输入通道的设计 (2)3.2 反相放大器的设计 (3)3.3A/D 转换部分的设计 (4)4.量程自动转换电路的设计 (6)4.1 模拟比较器 (6)4.2 量程寄存器 (8)4.3 量程开关 (10)4.4 译码器 (11)5. 数字部分 (15)5.1 V/F转换器AD650 (15)5.2 计数器74LS90 (17)5.3 锁存器74LS273 (18)5.4 秒脉冲发生器 (19)5.4 控制电路 (21)6. 译码显示部分 (23)7. 电源部分 (24)8. 结束语 (26)致谢 (27)附录 (29)附录1：程序清单 ............................................................................................... 错误！未定义书签。
智能数字交流毫伏表的设计与实现
１ ＭＨｚ幅值为 １ 一 ０ Ｖ的交变电压进行测试 。并具有 自动 、 ＭＶ ３ ０
调零 、 自动过载报警 、 自动 量程切换 、 自动单位 换算 、 数码 显 示等特点。
１ 系统硬 件设计
１ 硬 件 设 计 框 图 ． １
程为 ２ ０ Ｒ ） 测量速率快 、 率特性好 （ ０ ＭＶ ＭＳ 、 频 工作频 率范 围
由运算 放大器 、高精度 电阻网络和数 字可编 程开关 网络组
测量 技 术 ．而是 采用 信 号平 方后 积 分 的平 均技 术 。采用 Ａ ７６来简化仪器 的设计 ， Ｄ３ 增加信号测量品种 ， 并且灵 敏度 、
精确度也 大大改善 。本智能数字毫伏表能够对频率为 ２ Ｈ 一 ０ ｚ
成 。具有低输入偏置 电压 、 高输入阻抗 、 高精度增益 、 功耗低
和以往的有效 值测 量技 术不 同 ， 有效 值直流变换可 以 真
直接测得各种波形的真实有效值 ， 它不是采 用整流加平均 的
大器（ Ｇ 和单片机加上少量的软件 ， Ｐ Ａ） 来实现 自动量程变换 。
可 编 程 放 大 器 采 用 的是 数 字 可 编 程增 益 放 大 器 而设计的。 了实现对交流信 号电压有效值的精密测量 ， 为 并使之不受被 测波形 的限制 ， 用了真有效值转换技 术 ， 采
即不通过平均折算而是直接将 交流信号的有效值按 比例 转换 为直流信号。
【 关键词】 真有效值 ； 智能毫伏表 ； ； 程序 可编程放 大器
０ 引言
Ｓｅｅ Ｔ ｈｌｙｉｎ ｃ ｃ ｅｎｏ － ｉ ｉ ＆ ｃｏｇＶｏ ｎ ｓ
科 技 视 界
机械与电 子
计、 建立数学模型 、 绘制程序流程图 、 编写程序。
基于AT89C52的简易数显交流毫伏表
本设计以AT89C52为核心，以液晶显示作为人机交互界面，用两大组继电器来控制电路状态，实现参数的自动测量和输出频率的转换。
设计分为电压测量部分和输出信号发生两部分，其中电压测量部分包括衰减及放大、真有效值直流（RMS-DC）变换、12位A/D转换等三个主要组成部分；输出信号发生部分由12为D/A转换、精密电路发生器MAX038、频率反馈调节、幅值调节等四部分组成。
衰减及放大用精密的电阻和运放实现，采用AD736真有效值转换芯片。
为了提高测量的精度，采用了美信的12位数模和模数转换芯片。
精密电路发生器MAX038很好的解决了输出信号发生这部分的难题，可靠经济地实现了设计要求。
我选择有单片机控制信号频率的输出，实现频率的预置，电压误差小，波形非常完美。
关键词：AT89C52核心控制，AD736真有效值转换，电压测量，输出信号发生The design AT89C52 as the core, liquid crystal display as a man-machine interface, a remote control button options. Design is divided into parts and measuring the output voltage signal of two parts, which includes attenuation and voltage measurement part of the amplification, RMS DC (RMS-DC) conversion, 12-bit A / D conversion of three main components; part of the output signal from 12 to D / A converter, precision circuit generator MAX038, frequency of feedback regulation, adjust the amplitude of the four components. Attenuation and amplification with precision resistors and op amp to achieve, by AD736 RMS converter chip. In order to improve the accuracy of measurement, using letters of the 12 U.S. median mode and analog-digital conversion chip. Precision Circuit Generator MAX038 good output signal to resolve this part of the problem, reliable and economic way to achieve the design requirements. I chose a single chip frequency control signal output, to achieve the preset frequency, voltage error is small, perfect wave.Key words: At89c52 core control, Ad736 true rms conversion, V oltage measurement, The output signal目录前言 (1)1 系统设计部分 (1)1.1 任务 (1)1.2 要求 (1)1.2.1 基本要求 (1)1.2.2 发挥部分 (2)2 方案比较、设计与论证 (3)2.1 总体、测量以及信号输出方案的设计、比较和论证 (3)2.1.1 测量电路部分方案 (3)2.1.2 输出信号部分方案 (5)2.1.3 稳压电源 (6)2.2 测量及信号电路各子模块设计、比较和论证 (7)2.2.1 放大衰减部分 (7)2.2.2 信号采集部分 (7)2.2.3 单片机最小系统 (8)2.2.4 显示部分 (8)2.2.5 信号输出 (9)2.2.6 自动量程转换和保护电路 (10)3 设计中所用的主要元器件简介 (12)3.1 控制核心AT89C52 (12)3.2真有效值直流转换器AD637 (14)3.3 12位串行AD转换芯片MAX187 (16)3.4 12位串行DA转换芯片MAX5352 (18)3.5 波形发生芯片MAX038 (19)4 理论分析与计算 (22)4.1 电压测量部分 (22)4.1.1 放大与衰减部分 (22)4.1.2 真有效值的转换 (22)4.2 信号发生部分 (23)5 测量方法与仪器 (25)6 测试数据及测试结果分析 (26)6.1 数据测量 (26)6.1.1 输出信号用示波器进行测量 (26)6.1.2 电压测量系统进行电压检测 (27)6.1.3 自校准测量 (29)6.2 误差分析 (30)6.2.1 测试系统误差分析 (30)6.2.2 抗干扰措 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录A 电压测量部分电路图 (34)附录B 信号发生部分电路图 (35)附录C 电压测量部分程序 (36)附录D 信号发生部分程序 (43)前言YB2173 型晶体管毫伏表电压测量范围:300μV～100V；量程分为:12 级（300 μV、1mV、3mV、10mV、30mV、100mV、300mV、1V、3V、10V、30V、100V）；被测电压频率:20KHz-2MHz；测量精度:1KHz为基准，满度≤±3%；输入阻抗：1MΩ。
实验二 数字式交流毫伏表
实验二数字式交流毫伏表姓名：111 学号：10071201xx班级：电信10-2 时间：2011年9月28日地点：物理楼211一、实验目的1、了解交流毫伏表的操作方法。
2、了解交流毫伏表的工作原理。
3、了解电压表的工作特性。
4、了解真有效值的交直电平转换特性，根据测量信号幅度的有效值，用数码管进行观察。
5、了解用交流电压表并辅以其他仪器如频率计等测绘滤波器的频谱特性图。
二、实验内容1、测量信号幅度的有效值，用数码管进行观察。
2、测量不同幅度的信号，采用不同的档位。
3、可以测试本实验箱中交流信号的幅度主要应用到“点频法测滤波器的特性”中。
三、实验仪器1、20M双踪滤波器一台。
2、信号与系统实验箱。
四、实验原理由于平均值转换器的精度不是很高，所以近代高精度DMM很少再采用这种技术，而代之发展并广泛采用的是真有效值转化器。
真有效值转化器输出的直流电压，线性的正比于被测各种波形的有效值，基本上不受输入波形失真度的影响。
真有效值交直流转换器有热点式和运算式等几种形式。
我们在此介绍的只要是采用运算式。
其运算式方程是一个均方程式：U==我们采用的是美国AD公司研制的集成有效值转换器AD637，它是一种按隐含运算式而设计的AD芯片，精度优于0.1%，是当前国际集成真有效值转换器性能较好的一种。
AD637由绝对值电路、平方/放大器、低通滤波/放大器和缓冲放大器组成。
出入电压通过绝对值电路转换成单极性电流，加至平方/除法器的一种输入端，在经过低通滤波/放大器，最终在AD637的9脚输出直流电平。
五、实验测试点说明1、测试点分别为：“输入”（孔和测试钩）：用于待测信号的输入；“GND”：与实验箱的地相连。
2、调节点分别为：“S1”：此模块的电源开关。
“200mV”：用于测试有效值为200mV内的信号。
“2V”：用于测试有效值为2V内的信号。
“20V”：用于测试有效值为20V内的有效值。
“SK101”“SK102”：当测试毫伏级信号有效值，两开关同时打到上端，测其它档位，两开关同时打到下端。
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智能数字交流毫伏表的设计与实现
【摘要】本文介绍的智能数字交流毫伏表是针对传统测量仪表采用平均值转换法来对遇到大量的非正弦波测量存在着较大的理论误差而设计的。
为了实现对交流信号电压有效值的精密测量，并使之不受被测波形的限制，采用了真有效值转换技术，即不通过平均折算而是直接将交流信号的有效值按比例转换为直流信号。
【关键词】真有效值；智能毫伏表；程序；可编程放大器
0引言
和以往的有效值测量技术不同，真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实有效值，它不是采用整流加平均的测量技术，而是采用信号平方后积分的平均技术。
采用AD736来简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且灵敏度、精确度也大大改善。
本智能数字毫伏表能够对频率为20Hｚ－1MHｚ、幅值为1ＭＶ－300Ｖ的交变电压进行测试。
并具有自动调零、自动过载报警、自动量程切换、自动单位换算、数码显示等特点。
1系统硬件设计
1．１硬件设计框图
本智能毫伏表的主要硬件框图如图１所示：被测信号通过信号的衰减→可编程增益放大（PGA）→AD736转换器→8031→数码显示。
图１硬件设计框图
1．２单元电路设计
1）衰减电路设计
真有效值智能毫伏表主要功能是测量不同的电压，而且要求测量的电压值范围很宽，从1ＭV～300V的直流、正弦交流电压，最大与最小之比达到10000000个数量级。
为此选用双四选一的多路模拟选择开关CD4052联合可编程放大器来实现量程的变换，即在测量时对被测电压进行先衰减后放大。
2）放大电路设计
本毫伏表测量的电压范围很宽，要进行量程变换。
在以往的仪器中均采用手动切换，而在本设计中选用了可编程放大器（PGA）和单片机加上少量的软件，来实现自动量程变换。
可编程放大器采用的是数字可编程增益放大器SFM004。
它由运算放大器、高精度电阻网络和数字可编程开关网络组成。
具有低输入偏置电压、高输入阻抗、高精度增益、功耗低等特点。
3）AC/DC转换电路设计
在本设计中模拟信号数字化处理的关键是首先要实现信号从模拟电压到N 位数字量的转换，AD736转换器即是实现这一功能的器件。
AD736是经过激光修正的单片精密真有效值AC/DC转换器。
其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200ＭVRMS）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达0～460ＫHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、电源范围宽且功耗低（最大的电源工作电流为200μA）。
用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±0.3%。
4）主控芯片8031设计
主控系统是本设计的两个重要组成部分之一，主控系统芯片的选取决定了设计仪器的测量质量和其性价比，在本设计中选取了8031作为本设计的主控芯片。
8031是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到0Hz，并提供两种可用
软件来选择的省电方式——空闲方式和掉电方式。
在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时器/计数器、串行口和中断系统都继续工作。
在掉电方式中，片内钟振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，只保存片内RAM中的内容，直到下次硬件复位为止。
5）显示电路设计
选用由发光二极管组成的七段数码显示器。
2系统软件设计
2．１软件设计思想
软件设计研制的过程包括问题的定义、软件结构的设计、建立数学模型、绘制程序流程图、编写程序。
软件方面的设计包括编写、运行、调试PC机的汇编语言以及单片机的汇编语言程序，需要使用汇编语言、C语言等高级语言。
本设计里采用Debug来编程，而单片机的汇编采用伟福仿真软件来编程应用系统软件的设计。
单片机的软件设计是在裸机条件下开始设计的，而且随应用系统的不同而不同。
下图２给出了软件设计的整体思路结构框图：
图２软件设计的整体思路结构框图
本系统的软件设计包括以下几个模块：清零、初始化、数据采样、调取数据子程序、调数据处理子程序、数据采样完、显示。
初始化
程序设计第一步就是对单片机进行初始化，本设计中单片机初始化包括：关看门狗、外部晶振设置、串行口初始化、多路选择开关设置。
关看门狗
下面的代码段说明禁止WDT的过程：
CLR EA ；禁止所有中断
MOV WDTCN, #0DEh ；禁止软件看门狗定时器
MOV WDTCN, #0Adh
SETB EA ；重新允许中断
写0xDE和写0xAD必须发生在4个时钟周期之内，否则禁止操作将被忽略。
在这个过程期间应禁止中断，以避免两次写操作之间有延时。
外部晶振设置
使用晶体或陶瓷谐振器作为MCU的外部振荡器源，应选择外部振荡器频率控制值（XFCN）。
当外部晶体振荡器稳定运行时，晶体振荡器有效标志（OSCXCN寄存器中的XTLVLD）被硬件置‘1’。
XTLVLD检测电路要求在允许振荡器工作和检测XTLVLD之间至少有1 ms的启动时间，在外部振荡器稳定之前就切换到外部振荡器可能导致不可预见的后果。
过程为：
允许外部振荡器
等待至少1ms
查询XTLVLD‘0’=>’1’
将系统时钟切换到外部振荡器
多路选择开关设置
当多路选择开关配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外设的对应允许位被设置为逻辑‘1’时，多路选择开关将端口引脚分配给外设。
如果一个数字外设的允许位不被设置为逻辑1，则其端口将不能通过器件的端口引脚被访问。
当选
择了串行通信外设，即SMBus、SPI或UART时，交叉开关将为所有相关功能分配引脚。
因为可编程增益放大器SFM004的寄存器影响了多路选择开关，所以它们通常在外设被配置前由系统的初始化代码配置，一旦配置完毕将不再对其重新编程。
2．2系统程序流程图
经过以上分析，主程序流程图如图３所示。
图３主程序流程图
中断子程序流程图和显示子程序流程图如图４所示。
图４动态显示子程序流程图和
中断子程序流程图
3结论
通过以上的设计和测试，该毫伏表具有能够对频率为20Hｚ－1MHｚ、幅值为1ＭＶ－300Ｖ的交变电压进行测试。
并具有自动调零、自动过载报警、自动量程切换、自动单位换算、数码显示、体积小和操作方便等特点。
通过实践测试该毫伏表设计性能可靠，达到实现资源最简和高测量的性价比的目的。
与传统的毫伏表相比灵敏度、精确度也大大改善。
【参考文献】
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［5］朱善君，孙新亚，吉呤东.单片机接口技术[M]．清华大学出版社．。