电子测量原理
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Ø 中断方式：将转换状态信号用作中断信号。
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2. A/D转换接口电路设计
u 参考（基准）电压：根据双积分A/D转换原理，需要
一个参考电压，对于没有内部基准的ADC，需外部提供。 需注意基准电压源的温度系数。如对于16bit ADC， 1LSB=1/216=1/65536=15ppm，即基准电压源的温度系数 应好于15ppm。
电子测量原理
ICL7106 及 辅助元件
LCD显示器
被
测
量程切换电路
量
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1. 方案选择
1.1 基于单片机实现
u 方案要点
Ø 选择合适的A/D转换器； Ø 工作过程由单片机软件控制； Ø 优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯
u 原理框图
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码等。实现——软件编程。
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7. 基本要求
u 1. 基本功能：数字电压表的电压测量。
u 2. 注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、 器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰 写设计报告的全过程训练。
u 3. 可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设 计方案和原理进行较细致的阐述。
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
校准过程：
（1）零点校准： （2）参考电压校准：
（3）接入被测电压： 校准后结果：
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
u 自动量程转换
Ø 当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充 分利用A/D转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。
电子测量原理
2. A/D转换接口电路设计
u ADC类型：数字电压表中常采用双积分式ADC。具有
较高的抗干扰特性。
u 分辨力与转换速度：12~16bit或31/2~41/2 ；几次~几百
次/秒。
u 启动信号：输出接口的某个位；单片机中可采用具有位
操作的口线，如P1x。
u 转换状态信号：
Ø 查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号； 通过单片机具有位操作的口线读取，如P1x。
u 仪用放大器（IA，Instrument Amplifier） u 基本结构：
u 增益公式
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3. 放大电路设计
u 特点：
Ø 三运放结构； Ø 高共模抑制比； Ø 双端差分输入单端输出； Ø 通常改变电阻R1，可改变增益；
u 设计选型
Ø 采用三运放构成，如OP07； Ø 采用集成IA，如AD620、PGA系列； Ø 对于小信号放大，通常采用两级放大。
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
u 自检
Ø 输入为已知的参考电压或接地（0V），检测A/D转换 结果。
Ø 多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大 小一般可设置为80~90%FS。
Ø 通过多路转换开关（MUX）切换参考电压和被测电压。
u 自动校准
Ø 测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。 Ø 校准原理：
u 参考时钟：一般可采用外部晶体振荡器构成。
u A/D转换结果的数字量读取：二进制或十进制；输出
编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对8位单片机需 用软件两次读取。
u 溢出、极性：A/D转换结果除数字量外，一般还有溢出
位和极性位。
u 积分电容、积分电阻：
u 基本关系式：
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3. 放大电路设计
u 4. 分辨力： 31/2~41/2 或12bit~16bit。 u 5. 量程：4档，可手动切换。
u 6. 设计报告：
Ø 按科技文献的规范化要求撰写。
Ø 应有测试数据及误差分析。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/28
电子测量原理
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2020/11/28
电子测量原理
1. 方案选择Hale Waihona Puke Baidu
u 全硬件实现； u 基于单片机实现；
1.1 全硬件实现
u 选择具有直接驱动LED或LCD显示的A/D转换器， 其 工 作 过 程 完 全 由 硬 件 控 制 。 该 类 ADC 如 ICL7106。
u 原理框图
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Ø 改换量程方式：手动、自动。
Ø 自动量程转换原理：
注：相邻量程之间应有一定重叠。
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6. 外部通讯接口
u 常用接口方式：RS-232、EPP、USB u RS-232:
Ø 电平转换； Ø 设计：UART芯片（如8250）或单片机的UART（最简
单的三线串口：发送、接收、信号地）。 Ø 通讯规约：自定义——需考虑引导头、数据块、校验
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4. 显示电路设计
u 显示方式选择：
Ø 静态显示/动态扫描； Ø 对于3~4位数字电压表，可采用静态显示方式
u 显示器件：LED或LCD u 静态显示接口设计：
Ø BCD七段码译码器； Ø 驱动器； Ø 锁存器； Ø 通常：采用集成化器件，即译码器+驱动器+锁存器，
如常用的CD4511。 Ø 注意：加限流电阻。
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2. A/D转换接口电路设计
u 参考（基准）电压：根据双积分A/D转换原理，需要
一个参考电压，对于没有内部基准的ADC，需外部提供。 需注意基准电压源的温度系数。如对于16bit ADC， 1LSB=1/216=1/65536=15ppm，即基准电压源的温度系数 应好于15ppm。
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ICL7106 及 辅助元件
LCD显示器
被
测
量程切换电路
量
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1. 方案选择
1.1 基于单片机实现
u 方案要点
Ø 选择合适的A/D转换器； Ø 工作过程由单片机软件控制； Ø 优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯
u 原理框图
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码等。实现——软件编程。
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7. 基本要求
u 1. 基本功能：数字电压表的电压测量。
u 2. 注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、 器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰 写设计报告的全过程训练。
u 3. 可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设 计方案和原理进行较细致的阐述。
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
校准过程：
（1）零点校准： （2）参考电压校准：
（3）接入被测电压： 校准后结果：
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
u 自动量程转换
Ø 当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充 分利用A/D转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。
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2. A/D转换接口电路设计
u ADC类型：数字电压表中常采用双积分式ADC。具有
较高的抗干扰特性。
u 分辨力与转换速度：12~16bit或31/2~41/2 ；几次~几百
次/秒。
u 启动信号：输出接口的某个位；单片机中可采用具有位
操作的口线，如P1x。
u 转换状态信号：
Ø 查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号； 通过单片机具有位操作的口线读取，如P1x。
u 仪用放大器（IA，Instrument Amplifier） u 基本结构：
u 增益公式
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3. 放大电路设计
u 特点：
Ø 三运放结构； Ø 高共模抑制比； Ø 双端差分输入单端输出； Ø 通常改变电阻R1，可改变增益；
u 设计选型
Ø 采用三运放构成，如OP07； Ø 采用集成IA，如AD620、PGA系列； Ø 对于小信号放大，通常采用两级放大。
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5. 自检与自动校准、自动量程 转换电路设计
u 自检
Ø 输入为已知的参考电压或接地（0V），检测A/D转换 结果。
Ø 多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大 小一般可设置为80~90%FS。
Ø 通过多路转换开关（MUX）切换参考电压和被测电压。
u 自动校准
Ø 测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。 Ø 校准原理：
u 参考时钟：一般可采用外部晶体振荡器构成。
u A/D转换结果的数字量读取：二进制或十进制；输出
编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对8位单片机需 用软件两次读取。
u 溢出、极性：A/D转换结果除数字量外，一般还有溢出
位和极性位。
u 积分电容、积分电阻：
u 基本关系式：
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3. 放大电路设计
u 4. 分辨力： 31/2~41/2 或12bit~16bit。 u 5. 量程：4档，可手动切换。
u 6. 设计报告：
Ø 按科技文献的规范化要求撰写。
Ø 应有测试数据及误差分析。
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3rew
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2020/11/28
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2020/11/28
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1. 方案选择Hale Waihona Puke Baidu
u 全硬件实现； u 基于单片机实现；
1.1 全硬件实现
u 选择具有直接驱动LED或LCD显示的A/D转换器， 其 工 作 过 程 完 全 由 硬 件 控 制 。 该 类 ADC 如 ICL7106。
u 原理框图
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Ø 改换量程方式：手动、自动。
Ø 自动量程转换原理：
注：相邻量程之间应有一定重叠。
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6. 外部通讯接口
u 常用接口方式：RS-232、EPP、USB u RS-232:
Ø 电平转换； Ø 设计：UART芯片（如8250）或单片机的UART（最简
单的三线串口：发送、接收、信号地）。 Ø 通讯规约：自定义——需考虑引导头、数据块、校验
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4. 显示电路设计
u 显示方式选择：
Ø 静态显示/动态扫描； Ø 对于3~4位数字电压表，可采用静态显示方式
u 显示器件：LED或LCD u 静态显示接口设计：
Ø BCD七段码译码器； Ø 驱动器； Ø 锁存器； Ø 通常：采用集成化器件，即译码器+驱动器+锁存器，
如常用的CD4511。 Ø 注意：加限流电阻。