《数字电压表的设计》PPT课件.ppt

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1、综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第1页数字电压表的设计数字电压表的设计 uu1.1.1.1.方案选择方案选择方案选择方案选择uu2.2.2.2.A/DA/DA/DA/D转换接口电路设计转换接口电路设计转换接口电路设计转换接口电路设计uu3.3.3.3.放大电路设计放大电路设计放大电路设计放大电路设计uu4.4.4.4.显示电路设计显示电路设计显示电路设计显示电路设计uu5.5.自检与自动校准、自动量程转换电路设计自检与自动校准、自动量程转换电路设计自检与自动校准、自动量程转换电路设计自检与自动校准、自动量程转换电路设计uu6.6.6.6.外部通讯接口外部通讯接口

2、外部通讯接口外部通讯接口uu7.7.7.7.基本要求基本要求基本要求基本要求uu8.8.8.8.扩展要求扩展要求扩展要求扩展要求综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第2页1.1.方案选择方案选择u全硬件实现；全硬件实现；u基于单片机实现；基于单片机实现；1.1 1.1 全硬件实现全硬件实现u选选选选择择择择具具具具有有有有直直直直接接接接驱驱驱驱动动动动LEDLEDLEDLED或或或或LCDLCDLCDLCD显显显显示示示示的的的的A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器，其其其其工作过程完全由硬件控制。该类工作过程完全由硬件控制。该类工作过程完全由硬件控制

3、。该类工作过程完全由硬件控制。该类ADCADCADCADC如如如如ICL7106ICL7106ICL7106ICL7106。u原理框图原理框图原理框图原理框图综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第3页ICL7106及及辅助元件辅助元件LCD显示器显示器量程切换电路量程切换电路被被测测量量综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第4页1.1.方案选择方案选择1.1 1.1 基于单片机实现基于单片机实现u方案要点方案要点方案要点方案要点选择合适的选择合适的选择合适的选择合适的A/DA/DA/DA/D转换器；转换器；转换器；转换器；工作过程由单片机

4、软件控制；工作过程由单片机软件控制；工作过程由单片机软件控制；工作过程由单片机软件控制；优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯u原理框图原理框图原理框图原理框图综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第5页综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第6页2.2.A/DA/D转换接口电路设计转换接口电路设计uADCADC类型：类型：类型：类型：数字电压表中常采用双积分式数字电压表中常采用双积分式数字电压表中常采用双积分式数字电压表中常采用

5、双积分式ADCADC。具有。具有。具有。具有较高的抗干扰特性。较高的抗干扰特性。较高的抗干扰特性。较高的抗干扰特性。u分辨力与转换速度：分辨力与转换速度：分辨力与转换速度：分辨力与转换速度：1216bit1216bit或或或或3 31 1/2 2441 1/2 2 ；几次；几次；几次；几次 几百几百几百几百次次次次/秒。秒。秒。秒。u启动信号：启动信号：启动信号：启动信号：输出接口的某个位；单片机中可采用具有位输出接口的某个位；单片机中可采用具有位输出接口的某个位；单片机中可采用具有位输出接口的某个位；单片机中可采用具有位操作的口线，如操作的口线，如操作的口线，如操作的口线，如P1xP1x。u

6、转换状态信号：转换状态信号：转换状态信号：转换状态信号：查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号；查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号；查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号；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，如通过单片机具有位操作的口线读取，如通过单片机具有位操作的口线读取，如通过单片机具有位操作的口线读取，如P1xP1x。中断方式：将转换状态信号用作中断信号。中断方式：将转换状态信号用作中断信号。中断方式：将转换状态信号用作中断信号。中断方式：将转换状态信号用作中断信号。综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综

7、合电子技术实验第7页2.2.A/DA/D转换接口电路设计转换接口电路设计u参考（基准）电压：参考（基准）电压：参考（基准）电压：参考（基准）电压：根据双积分根据双积分根据双积分根据双积分A/DA/D转换原理，需要转换原理，需要转换原理，需要转换原理，需要一个参考电压，对于没有内部基准的一个参考电压，对于没有内部基准的一个参考电压，对于没有内部基准的一个参考电压，对于没有内部基准的ADCADC，需外部提供。，需外部提供。，需外部提供。，需外部提供。需注意基准电压源的温度系数。如对于需注意基准电压源的温度系数。如对于需注意基准电压源的温度系数。如对于需注意基准电压源的温度系数。如对于16bit A

8、DC16bit ADC，1LSB=1/21LSB=1/21616=1/65536=15ppm=1/65536=15ppm，即基准电压源的温度系数，即基准电压源的温度系数，即基准电压源的温度系数，即基准电压源的温度系数应好于应好于应好于应好于15ppm15ppm。u参考时钟：参考时钟：参考时钟：参考时钟：一般可采用外部晶体振荡器构成。一般可采用外部晶体振荡器构成。一般可采用外部晶体振荡器构成。一般可采用外部晶体振荡器构成。uA/DA/D转换结果的数字量读取：转换结果的数字量读取：转换结果的数字量读取：转换结果的数字量读取：二进制或十进制；输出二进制或十进制；输出二进制或十进制；输出二进制或十进制

9、；输出编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对8 8位单片机需位单片机需位单片机需位单片机需用软件两次读取。用软件两次读取。用软件两次读取。用软件两次读取。u溢出、极性：溢出、极性：溢出、极性：溢出、极性：A/DA/D转换结果除数字量外，一般还有溢出转换结果除数字量外，一般还有溢出转换结果除数字量外，一般还有溢出转换结果除数字量外，一般还有溢出位和极性位。位和极性位。位和极性位。位和极性位。u积分电容、积分电阻：积分电容、积分电阻：积分电容、积分电阻：积分电容、积分电阻：u基本关系式

10、：基本关系式：基本关系式：基本关系式：综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第8页3.3.放大电路设计放大电路设计u仪用放大器（仪用放大器（仪用放大器（仪用放大器（IAIA，Instrument AmplifierInstrument Amplifier）u基本结构：基本结构：基本结构：基本结构：u增益公式增益公式增益公式增益公式综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第9页3.3.放大电路设计放大电路设计u特点：特点：特点：特点：三运放结构；三运放结构；三运放结构；三运放结构；高共模抑制比；高共模抑制比；高共模抑制比；高共模抑制比；双端差分输

11、入双端差分输入双端差分输入双端差分输入单端输出；单端输出；单端输出；单端输出；通常改变电阻通常改变电阻通常改变电阻通常改变电阻R1R1，可改变增益；，可改变增益；，可改变增益；，可改变增益；u设计选型设计选型设计选型设计选型采用三运放构成，如采用三运放构成，如采用三运放构成，如采用三运放构成，如OP07OP07；采用集成采用集成采用集成采用集成IAIA，如，如，如，如AD620AD620、PGAPGA系列；系列；系列；系列；对于小信号放大，通常采用两级放大。对于小信号放大，通常采用两级放大。对于小信号放大，通常采用两级放大。对于小信号放大，通常采用两级放大。综合电子技术实验综合电子技术实验综合

12、电子技术实验综合电子技术实验第10页4.4.显示电路设计显示电路设计u显示方式选择：显示方式选择：显示方式选择：显示方式选择：静态显示静态显示静态显示静态显示/动态扫描；动态扫描；动态扫描；动态扫描；对于对于对于对于3434位数字电压表，可采用静态显示方式位数字电压表，可采用静态显示方式位数字电压表，可采用静态显示方式位数字电压表，可采用静态显示方式u显示器件：显示器件：显示器件：显示器件：LEDLED或或或或LCDLCDu静态显示接口设计：静态显示接口设计：静态显示接口设计：静态显示接口设计：BCDBCD七段码译码器；七段码译码器；七段码译码器；七段码译码器；驱动器；驱动器；驱动器；驱动器；

13、锁存器；锁存器；锁存器；锁存器；通常：采用集成化器件，即通常：采用集成化器件，即通常：采用集成化器件，即通常：采用集成化器件，即译码器译码器译码器译码器+驱动器驱动器驱动器驱动器+锁存器，锁存器，锁存器，锁存器，如常用的如常用的如常用的如常用的CD4511CD4511。注意：加注意：加注意：加注意：加限流电阻限流电阻限流电阻限流电阻。综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第11页5.5.自检与自动校准、自动量程自检与自动校准、自动量程转换电路设计转换电路设计u自检自检自检自检输入为已知的参考电压或接地（输入为已知的参考电压或接地（输入为已知的参考电压或接地（输入为已知

14、的参考电压或接地（0V0V），检测），检测），检测），检测A/DA/D转换结转换结转换结转换结果。果。果。果。多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大小一般可设置为小一般可设置为小一般可设置为小一般可设置为8090%FS8090%FS。通过多路转换开关（通过多路转换开关（通过多路转换开关（通过多路转换开关（MUXMUX）切换参考电压和被测电压。）切换参考电压和被测电压。）切换参考电压和被测电压。）切换参考电压和被测电压。u自动校准自动校准自动校准自动校

15、准测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。校准原理：校准原理：校准原理：校准原理：综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第12页5.5.自检与自动校准、自动量程自检与自动校准、自动量程转换电路设计转换电路设计u校准过程：校准过程：校准过程：校准过程：（1 1）零点校准：）零点校准：）零点校准：）零点校准：（2 2）参考电压校准：）参考电压校准：）参考电压校准：）参考电压校准：（3 3）接入被测电压：）接入被测电压：）接入被测电压：）接入被测电压：校准

16、后结果：校准后结果：校准后结果：校准后结果：综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第13页5.5.自检与自动校准、自动量程自检与自动校准、自动量程转换电路设计转换电路设计u自动量程转换自动量程转换自动量程转换自动量程转换当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充分利用分利用分利用分利用A/DA/D转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。转换器的动态范

17、围，有利于提高测量分辨力。改换量程方式：手动、自动。改换量程方式：手动、自动。改换量程方式：手动、自动。改换量程方式：手动、自动。自动量程转换原理：自动量程转换原理：自动量程转换原理：自动量程转换原理：注：相邻量程之间应有一定重叠。注：相邻量程之间应有一定重叠。注：相邻量程之间应有一定重叠。注：相邻量程之间应有一定重叠。综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第14页6.6.外部通讯接口外部通讯接口u常用接口方式：常用接口方式：常用接口方式：常用接口方式：RS-232RS-232、EPPEPP、USBUSBuRS-232:RS-232:电平转换；电平转换；电平转换；电平

18、转换；设计：设计：设计：设计：UARTUART芯片（如芯片（如芯片（如芯片（如82508250）或单片机的）或单片机的）或单片机的）或单片机的UARTUART（最简（最简（最简（最简单的三线串口：发送、接收、信号地）。单的三线串口：发送、接收、信号地）。单的三线串口：发送、接收、信号地）。单的三线串口：发送、接收、信号地）。通讯规约：自定义通讯规约：自定义通讯规约：自定义通讯规约：自定义需考虑引导头、数据块、校验需考虑引导头、数据块、校验需考虑引导头、数据块、校验需考虑引导头、数据块、校验码等。实现码等。实现码等。实现码等。实现软件编程。软件编程。软件编程。软件编程。综合电子技术实验综合电子技

19、术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第15页7.7.基本要求基本要求u1.1.基本功能：数字电压表的电压测量。基本功能：数字电压表的电压测量。基本功能：数字电压表的电压测量。基本功能：数字电压表的电压测量。u2.2.注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、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、撰器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰写设计报告的全过程训练。写设计报告的全过程训练

20、。写设计报告的全过程训练。写设计报告的全过程训练。u3.3.可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设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。计方案和原理进行较细致的阐述。计方案和原理进行较细致的阐述。计方案和原理进行较细致的阐述。u4.4.分辨力：分辨力：分辨力：分辨力：3 31 1/2 2441 1/2 2 或或或或12bit16bit12bit16bit。u5.5.量程：量程：量程：量程：4 4档，可手动切换。档，可手动切换。档，可手动切换。档，可手动切换。u6.6.设计报告：设计

21、报告：设计报告：设计报告：按科技文献的规范化要求撰写。按科技文献的规范化要求撰写。按科技文献的规范化要求撰写。按科技文献的规范化要求撰写。应有测试数据及误差分析。应有测试数据及误差分析。应有测试数据及误差分析。应有测试数据及误差分析。综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验综合电子技术实验第16页8.8.扩展要求扩展要求除基本要求外，包括以下一项或多项：除基本要求外，包括以下一项或多项：除基本要求外，包括以下一项或多项：除基本要求外，包括以下一项或多项：u1.1.电流或电阻测量功能；电流或电阻测量功能；电流或电阻测量功能；电流或电阻测量功能；u2.2.自检；自检；自检；自检；u3.3.

22、校准；校准；校准；校准；u4.4.自动量程转换；自动量程转换；自动量程转换；自动量程转换；u5.LCD5.LCD显示；显示；显示；显示；u6.6.外部通讯接口；外部通讯接口；外部通讯接口；外部通讯接口；u6.6.较好的设计工艺，具有一定的实用价值；较好的设计工艺，具有一定的实用价值；较好的设计工艺，具有一定的实用价值；较好的设计工艺，具有一定的实用价值；u7.7.设计报告规范、完整、图表齐全、逻辑性强、设计报告规范、完整、图表齐全、逻辑性强、设计报告规范、完整、图表齐全、逻辑性强、设计报告规范、完整、图表齐全、逻辑性强、可读性好、数据分析正确。可读性好、数据分析正确。可读性好、数据分析正确。可读性好、数据分析正确。