积分式数字电压表

积分式数字直流电压表

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2007年9月6日

[摘要]：本作品由电源电路、PC控制电路、积分电路、显示器为主体构成数字电压表。其中PC控制电路由8 位单片机89C52组成，积分电路由12 位TLV5618 双D/转换器,单数控电位器(软件设计) 和运算放大器OP07 构成的加法器组成。由于方案采用软件调试与数控电位器细调相结合，达到发挥部分的要求，并采用数码管直观显示。经测试,各项技术指标完全满足题目规定的技术要求,在工程领域具有较大的应用价值。

[关键词]：数字电压表、积分电路、PC控制、数码显示

目录1 基本设计方案

1.1 方案一

1.2 方案二

1.3 方案比较

2 系统最终方案

3 单元电路设计与计算

3.1 电源电路

3.2 控制电路

4 软件设计

5 系统调试与整机调试

参考文献

附件

积分式数字直流电压表

1. 基本设计方案

1. 1 方案一

利用双斜积分式 A/D 转换构成积分式数字电压表，如图 1 所示。它由模拟电路和数字电路两部分构成。模拟电路部分由基准电压源+Ur 和-Ur,模拟开关 S1~S4 ，积分器和比较器等组成，数字电路部分由控制逻辑电路,时钟发生器，计数器与寄存器等组成。积分器的第一次积分是对输入电压 Ui 做定时（ T1 ）积分，第二次积分是对基准电压做定值积分。通过两次积分得到与输入电压的平均值正比的时间间隔 T2 ，即实现 U-T 转换。在 T2 的时间内对时钟脉冲进行计数。最后完成电压-数字转换。在控制逻辑电路的控制下，实现一次转换。

图1

1.2 方案二

利用89C52芯片最小系统构成积分式数字电压表，如图 2 所示，主要由个人计算机控制电路，积分电路,显示器和电源系统组成。积分器由双D/A串行数模转换，数字电位器,，加法器构成，积分输出U-与被测电压U+通过比较器判定后控制89C52的I/ O口，确定89C52的工作状态，即U-＜U+时89C52计数，U-＞U+时89 C52 通过显示器显示被测电压值。

图2

1.3 方案比较

方案一：利用双积分式 A/D 转换电路构成积分式数字电压表。该电路主要是由模拟电路构成，调试难度大，精度低，不易控制。

方案二：因积分电路的主体结构由数字电路组成，电路信能稳定可靠，易调试，精度高。相比之下选用方案二。

2. 系统最终方案

该系统由电源电路，个人计算机控制电路，积分电路,显示器构成，各模块电路如图 3 所示。其中个人计算机控制电路由 8 位单片机 89C52组成，积分电路由 12 位TLV5618S 双 D/A转换器,单数控电位器 X9110 和运算放大器 OP07 构成的加法器组成。由于方案采用软件调试与数控电位器细调相结合，达到发挥部分的要求，并采用数码管直观显示。

3 单元电路设计与计算

3.1 电源电路

因三端稳压具有结构简单外围元器件、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点，供电部分用三端稳压电路，如图 4 所示。

3.2 控制电路

3.2.1单片机最小系统

由 8 位单片机 89C52构成最小系统,如图5所示。89C52 单片机是一种低功耗/低电压，高性能的 8 位单片机，采用了互补型金属氧化半导体工艺和 ATMEL 公司的高密

图3

～220V

50Hz

图4

度非易失性存储器（ NURAM ）技术，而且其输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容，是一种功能强,灵活性高且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域。通过硬件电路与软件控制相结合，本最小系统解决和处理了设计指标中的量程选择、五位数据显示、实时测量的采样控制和抗工频干扰。

3.2.2显示与计数功能

积分电路的输出电压 U-与被测电压 U+通过比较器判定后控制 89C52的I/ O口，确定 89C52的工作状态，即U-＜U+时 89C52计数，U-＞U+时产生一个中断信号，89C52通过引导程序显示器显示被测电压值。

图5

3.3 积分电路

3.3.1 双D/A数模转换电路

积分电路的核心部分是12位双D/A数模转换器TLV5618。如图6所示。双D/A两

路输出电压,一路衰减系数为1,另一路通过数字电位器(软件电路),分别送入到加法器,加法器增益等于1,因此加法器的输出信号的大小是输入信号的1.1倍,将该信号送入比较电路与被测信号进行比较.当PC 控制程序的计数功能每累加一个数据相应加法器的输出电压为1.1mV ，随计数器的数据增加,加法器输出电压以1.1mV 的斜率按积分规律递增。由于TLV5618的传速速率等于20Mbit/s,因此测量分辨率为0.1mV,通过控制程序调整计数过程,测量误差将达到≤±0.05%±5个字。

图6

3.3.2 加法器电路 加法电路如图7所示。

加法电路输出电压： Uo=U DA1+0.1 U DA2

∵ U DA1= U DA2= U DA

∴ Uo=1.1 U DA

其电路参数如图所示。

图7

积分电路数字电位器由程序控制构成一个衰减系数等于10的软件电路。 3.4

输入电路

为提高输入阻抗采用电压跟随器。如图8所示：输入阻抗≥1M

图8

I N 0

O U T 1U1

ULN2803

图9

3.5 显示电路

如图9所示,可以准确的显示被测电压。

4 软件设计

程序流程图、源程序见附件。

5 系统测试与整机调试

5．1 测试方案

利用数字万用测试被测电压与比较电压值，判断两个值的大小，当比较值大于被测电压的时候产生一个中断，在通过LED 显示被测电压值，与数值万用表测得的值相比较，确定理论和实践的一致性(见方框图)。

5．2 仪器设备型号

COS-620双踪示波器 C30直流毫伏表， A17303D 稳压源 CDM8045四位半数字万用表 5．3 数据与曲线图