积分式直流数字电压表设计报告
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积分式直流数字电压表的设计
积分式直流数字电压表的设计积分型直流数字电压表的设计学校：陇东学院系别：信息工程学院专业：计算机科学与教育班级：10级1班指导老师：马宏艳姓名：高治章梁明明积分型直流数字电压表的设计目录摘要 (3)第一部分：系统方案 (3)第二部分：理论分析与计算 (4)第三部分：电路与程序设计 (8)总结 (14)参考文献 (14)附录一主程序流程图 (15)附录二元器件清单 (17)附录三部分源程序 (20)2摘要：本设计为具有精度高，抗干扰强等优点的双积分式直流数字电压表, A/D 转换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用MEGA8单片机借助软件实现数字计数显示功能，同时采用MEGA8单片机编程实现直流电压表量程的自动转换、自动校零、和液晶显示等功能。
第一部分 系统方案一、总体方案设计与比较方案一： 运用三极管产生积分电路，并用继电器控制导通性，并用计数器计数转换，这种电路误差较大，不能自动转换量程。
方案二：用运放OP07产生积分电路，同时运用单片机控制模拟开关，从而自动转换，自动调零，同时对输入电压经过分段落处理，也经过放大，比较，来调节其电压，最终通过单片机对电压进行转换并用液晶显示出来，最终达到积分式直流电压表的目的。
这种方案积分性好，容易控制，自动化强，精确高。
1、总体电路构成本系统由输入放大与量程转换电路、双积分A/D 转换电路、单片机计数控制电路、LCD 数字显示器构成。
总体结构框图如图1所示。
图1 总体电路框图自动程控放大 比较输出单片机 显示积分电路输入电压电源2、工作原理我们小组根据题目要求与发挥部分要求，选择方案二,电压比较器输入电压经过放大电路，比较电路，积分电路，最终把电压送入单片机进行处理，最终用液晶显示出来。
灵活运用单片机控制模拟开关，利用单片机的自动调零，还有实现量程的自动转换的功能，然后，用液晶LCD128*64显示出来。
二、各单元电路设计1、程控放大电路：完成输入信号的调理和量程（200mV，2V或更多）的转换。
积分式直流数字电压表
Ｄ ／ 转换， 点 ： 次测 量过程 中， 同一积 分器 先后 特 一 用 进 行两 次积 分 ： 只与Ｔ ， ２ １Ｔ 比值有 关， 故对 时钟源 频率 准确 度要求 不高 ： 抗干 扰 能力 强 。 方案 选 择 ： 于 以上 分 析， 基 故选 择 方 案二 。 （） ３ 显示 模块 选择 方案 方案 一 ： 采用 Ｌ Ｄ数码 管动 态扫 描显 示 。采用 ８位 Ｌ Ｄ动态 扫描 显示 的 Ｅ Ｅ 优 点 是能 改善 外部 信 号对显 示 的干 扰， 单 片机在 工 作 时要 求 Ｃ Ｕ不停 的对 但 Ｐ
文章 编号 ：０９ ９ ４ （００ ２一 ｌ１０ １０— １Ｘ ２ １） １ ＯＯ ２
１系统设 计 １ １设计 要 求 ． （） 务 ： １任 设 计并 制作 积分 型 直流 数字 电压 表 （） ２ 要求 ： ｉ 、测 量范 围 ： ｍ ～２ ２ １ ｖ ｖ： 、量程 ： ０ ｍ 、２ ： 、显示 范 围 ： 进制 数 ２０ｖ ｖ３ 十 ０ １９ ９ ４ ～ ９ ９ ： 、测量 分辨 率 ： ．ｍ （Ｖ档） ５ ０ １ｙ２ ： 、测量 误 差 ： ≤± ０ ０ ％± ５ ．５ 个 字 ： 、具 有抑 制 工频 干扰 功 能 ： 、具 有 自动校 零 功 能 ： 、 具有 自动 量程 转 ６ ６ ７ 换功 能 ： ８、 具有 其 它功 能 。 （） 明 ： ３说 在 电路 中应 有 可测 得 积 分 波形 的测 试 点 。 １２ 总体设 计 方案 ． ｉ 、设 计 思 路 ： 根据 题 目要求 ， 设计 制作 一个 不采用 专 用ＡＤ ／转换 器 芯片 的积分 式 四位 半 直流数 字 电压表 。数 字 电压表 简称 Ｄ Ｍ 它 是采 用数 字化 测量 技术 ， Ｖ， 把连 续 的 模拟量 （ 流输 入 电压） 直 转换 成不 连续 、离散 的数 字形 式 并加 以显 示 的仪 表 。 因此， 设计核 心 在与模 拟与 数字 的转 化， 本设计 以Ａ ８８ ２ Ｔ ９５ 为系 统控制 的核心， 采 用双 斜 式积 分法 进行 模 数转换 后 通 过液 晶将 其数 值显 示 ： 电路 中尽量 采用 中 、大 规 模 集 成 电路 来 完 成 。 ２、方 案论 证 与 比 较 ： （） １ 核心 控制 器模 块选 择方 案 采用 Ａ ｍ ｌ 司的 Ａ ８８ ２ 片机 作为 系统 的控 制器 。单片 机算 术运 算 ｔｅ 公 Ｔ９５ 单 功 能强， 软件编 程灵活 ， 可用 软件 较简单 地实现 各种 算法和 逻辑控 制， 并且 由于 其 成本 低 、体 积 小和 功 耗 低等 优 点 ， 其 在各 个 领 域运 用 广 泛 。 使 （）／ 转 换模 块选 择方 案 ２Ａ Ｄ 方案 一 ： 逐次逼 近 式 Ａ Ｄ 换， ／转 利用 的是 ： 二分 搜索 、 反馈 比较 、逐次 逼 近 的转 换原 理， 极其 类似 与 生活 中天 平称 重 原理 。但 由于逐 次逼 近 比较 式存 在 量化 误 差． 对被 测 电压 的 瞬时 值产 生 响应 ， 对 串模 干扰 没 有抑 制 能力 。 ， 故
文章 编号 ：０９ ９ ４ （００ ２一 ｌ１０ １０— １Ｘ ２ １） １ ＯＯ ２
１系统设 计 １ １设计 要 求 ． （） 务 ： １任 设 计并 制作 积分 型 直流 数字 电压 表 （） ２ 要求 ： ｉ 、测 量范 围 ： ｍ ～２ ２ １ ｖ ｖ： 、量程 ： ０ ｍ 、２ ： 、显示 范 围 ： 进制 数 ２０ｖ ｖ３ 十 ０ １９ ９ ４ ～ ９ ９ ： 、测量 分辨 率 ： ．ｍ （Ｖ档） ５ ０ １ｙ２ ： 、测量 误 差 ： ≤± ０ ０ ％± ５ ．５ 个 字 ： 、具 有抑 制 工频 干扰 功 能 ： 、具 有 自动校 零 功 能 ： 、 具有 自动 量程 转 ６ ６ ７ 换功 能 ： ８、 具有 其 它功 能 。 （） 明 ： ３说 在 电路 中应 有 可测 得 积 分 波形 的测 试 点 。 １２ 总体设 计 方案 ． ｉ 、设 计 思 路 ： 根据 题 目要求 ， 设计 制作 一个 不采用 专 用ＡＤ ／转换 器 芯片 的积分 式 四位 半 直流数 字 电压表 。数 字 电压表 简称 Ｄ Ｍ 它 是采 用数 字化 测量 技术 ， Ｖ， 把连 续 的 模拟量 （ 流输 入 电压） 直 转换 成不 连续 、离散 的数 字形 式 并加 以显 示 的仪 表 。 因此， 设计核 心 在与模 拟与 数字 的转 化， 本设计 以Ａ ８８ ２ Ｔ ９５ 为系 统控制 的核心， 采 用双 斜 式积 分法 进行 模 数转换 后 通 过液 晶将 其数 值显 示 ： 电路 中尽量 采用 中 、大 规 模 集 成 电路 来 完 成 。 ２、方 案论 证 与 比 较 ： （） １ 核心 控制 器模 块选 择方 案 采用 Ａ ｍ ｌ 司的 Ａ ８８ ２ 片机 作为 系统 的控 制器 。单片 机算 术运 算 ｔｅ 公 Ｔ９５ 单 功 能强， 软件编 程灵活 ， 可用 软件 较简单 地实现 各种 算法和 逻辑控 制， 并且 由于 其 成本 低 、体 积 小和 功 耗 低等 优 点 ， 其 在各 个 领 域运 用 广 泛 。 使 （）／ 转 换模 块选 择方 案 ２Ａ Ｄ 方案 一 ： 逐次逼 近 式 Ａ Ｄ 换， ／转 利用 的是 ： 二分 搜索 、 反馈 比较 、逐次 逼 近 的转 换原 理， 极其 类似 与 生活 中天 平称 重 原理 。但 由于逐 次逼 近 比较 式存 在 量化 误 差． 对被 测 电压 的 瞬时 值产 生 响应 ， 对 串模 干扰 没 有抑 制 能力 。 ， 故
数字电压表课程设计实验报告
自动化与电气工程学院电子技术课程设计报告题目数字电压表的制作专业班级学号学生姓名指导教师二○一三年七月一、课程设计的目的与意义1.课程设计的主要目的，是通过电子技术综合设计，熟悉一般电子电路综合设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。
2.同时了解双积分式A/D转换器ICL7107的性能及其引脚功能，熟悉集成电路ICL7107构成直流数字电压表的使用方法，并掌握其在电路中的工作原理。
3.通过设计也有助于复习和巩固以往的模电、数电内容，达到灵活应用的目的。
在完成设计后还要将设计的电路进行安、调试以加强学生的动手能力。
在此过过程中培养从事设计工作的整体观念。
4.利用双积分式A/D转换器ICL7107设计一数字电压表，量程为-1.99—+1.99，通过七段数码管显示。
二、电路原理图数字电压表原理图三、课程设计的元器件1.课程设计所使用的元器件清单：2.主要元器件介绍（1）芯片ICL7107：ICL7107的工作原理双积分型A/D转换器ICL7107是一种间接A/D转换器。
它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。
它的原理性框图如图所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。
积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。
比较器将积分器的输出信号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信一号。
时钟信号源的标准周期Tc 作为测量时间间隔的标准时间。
它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。
其振荡周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。
ICL7106A/D转换器原理图计数器对反向积分过程的时钟脉冲进行计数。
控制逻辑包括分频器、译码器、相位驱动器、控制器和锁存器。
分频器用来对时钟脉冲逐渐分频，得到所需的计数脉冲fc和共阳极LED数码管公共电极所需的方波信号fc。
直流数字电压表设计实验报告
洛阳理工学院实验报告
系部计算机系班级Ｂ１
40502 学号B140502２
６
姓名韩亚辉
课程名称单片机原理及应用实验日期２016/6／1 实验名称直流数字电压表设计成绩
实验目得:掌握LEＤ动态显示与A/Ｄ转换接口设计方法。
实验条件:装有Keil u Vision３编译软件与ISIＳ７Professｉｏnal仿真软件得电脑。
一、实验要求:
（1）数码管动态显示编程;
（2）A／D转换查询法编程;
（3）考察延时量对动态显示效果得影响。
二、实验步骤:
（1）提前阅读与实验７相关得阅读材料;
（2）参照实验原理图,在IＳIS中完成电路原理图得绘制;
（3）采用ｕＶiｓion３进行C51动态显示与A/D转换得编程及调试;
三、运行结果:
仿真运行截图如下图所示:
四、实验程序代码：
#ｉnｃludｅ＜reg51、h>
sbｉt ＿ｃlｋ=P2^４;
ｓbiｔＡＬE＝P２^5;
sｂｉt _sｔ = Ｐ2^5; /／定义AＤ启动位,_sｔ
sbit ＿eoｃ = Ｐ２^6; //定义AD结束位，_ｅoｃ
sｂit ＿oe = P2^７; //定义ＡD使能位,_oｅ
sbit ｌｅd０ = P2^３; //定义数码管最低位，led0
sｂit led1 = Ｐ2^2;／/定义数码管第二位,led1
sｂit ｌed２= P2^1；//定义数码管第三位,leｄ２ﻩ
uｎsigned ｃhaｒ aｄ_resuｌt=0; //定义ＡD转换结果变量，ａd_resuｌt。
积分式直流数字电压表设计报告
积分式直流数字电压表设计报告积分式直流数字电压表摘要:本设计采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D转换模块电路输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，采用软件实现自动校零功能，单片机控制继电器的驱动电路实现自动量程转换。
频率转换电路，由单片机内部的计数器对直流电压采集系统采用双积分电压—A/D转换电路的输出频率进行计数，并由软件实现对计数值的运算及线性化处理。
由于采用双积分A/D转换电路，该电压表抗干扰能力强。
由于采用软件线性化处理，分辨率高，200mv档分辨率可达0.01mV，2V档分辨率达0.1mV，并且两档的测量误差均小于等于0.02% 。
一(方案设计与论证:1(总体方案设计与比较方案一:直流信号采集转换采用BCD码输出的双积分型A/D转换电路，输出信号经译码电路译码送LED显示。
原理框图如图1所示。
整个系统采模拟控制方式，但要实现高精度要求硬件电路复杂，该硬件电路难以实现复杂运算。
低切通换滤UI 开波关器地方案二:采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D转换模块输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，软件实现自动校零功能。
直流电压采集系统采用双积分V—F(电压—频率)转换电路。
用单片机控制继电器实现自动量程转换功能。
程序框图如下电电V-有低量测量UI 压压I源通程校零跟跟变积滤切切换随随换分波换器器器双D触基准电压负恒流源电子开关发器PWM脉宽调制 LCD液脉冲输晶显示出驱动二进制计数器单片机处理高频输出标准时钟比较以上两种方案，方案一是模拟控制方式，而模拟控制难以实现高精度控制和计算，控制方案的改善也比较麻烦。
方案二是采用AT89C52为核心的单片机系统，可以灵活实现采集数据的线性处理，并且可容易实现自动校零及自动量程转换功能。
由于单片机具有较强的运算功能，因此能实现较高的精度。
经过对两种方案的比较，本设计采用方案二。
双积分数字直流电压表
积分式直流数字电压表摘要本双积分电压表系统以89C51单片机为核心、以分立元件制作的双积分型A/D转换器为主要部件的4位半积分式数字直流电压表,并对所设计的电压表进行了测试,结果测量误差≤±0.03%,精度达到4位半。
实现了自动量程转换功能,自动调零功能，有很好的实际应用价值。
关键词：单片机，双积分A/D转换器，自动调零，自动转换量程目录1 方案论证与比较 (1)1.1信号调理 (1)1.2处理器的选择与比较 (1)1.3积分器的选择与比较 (1)2 系统设计 (2)2.1总体设计 (2)2.2单元电路设计 (3)2.2.1 信号调理调理电路 (3)2.2.2 双积分电路设计 (4)2.2.3 基准源电路设计 (4)3 软件设计 (5)4系统测试 (5)5 结论 (6)参考文献： (6)附录： (7)附1：元器件明细表： (8)附2：仪器设备清单 (8)附3：电路图图纸 (9)附4：程序清单方案论证与比较1.1.1信号调理比较与选择方案一、信号经过缓冲器提高输入阻抗后经过低通滤波器后，然后由模拟开关选择信号放大与不放大，当信号大于200mv时不放大，小于200mv时经过仪表放大器进行放大。
方案二、信号经过电压分阻条统一衰减后经过缓冲器提高其负载能力，信号进行低通滤波器其截止频率在10HZ左后滤除高频噪声及干扰，然后经过低噪声，高精度运放放大。
方案论证：方案一对不同信号进行放大其电路复杂，当测量多个量程时放大电路的增益不一样，需多个放大电路成本很高，且用仪表放大器价格过于昂贵。
方案二通过统一衰减后在进行放大其电路简单调试方便。
所以采用方案二。
1.2 处理器的比较与选择STC单片机所特有的在线下载功能和其他公司的单片机不同，不是利用SPI进行在线编程，而是利用IAP功能，在系统运行时编程，因此，可以通过串口来对单片机进行编程。
其电路极为简单，只要所使用的单片机系统具有232串口通信功能即可。
高速积分式直流数字电压表
器的输入端 ，进行 两次 方向相反的积 分，
积 分 时 间常 数 Ｔ Ｒ 。 ＝ Ｃ （）过 零 比较 器 ２
过 零比较器用来确 定积分器 的输 出
电压 Ｖ ０过 零 的时 刻 。 当 Ｖ ≥０时 ， 较 Ｏ 比 器输 出 Ｖ ｃ为低 电平 ： 当 Ｖ ＜ ０ ０时 ， ｃ为 Ｖ
及 电网电压波动有较好的抑制性。
方波 ， 占空 比 为 ５ ％ ： Ｏ 小 的 门信 号 。
路构成 的控制器对积 分 电路的积 分门限 和计数门限进行控制 ， 并协调显示输出 电 压 值 。经 测试 ， 电压 测 量精 度 可 达 到 ００ ０ 伏 ，电压采集 的时 间分辨率可达 ．０ １
到 ０１秒 ， 且 对 环 境 温 度 、 ． 并 电磁 干 扰 以
控 制 部分 原 理
电路工作过程 分为以下 ４个阶段进
行：
（ 积 分器 １ ）
度， 提高 电压 采集 中的抗干扰性 能 ， 设 本
计 采 用 基 于 数 字 电路 和 模 拟 电路 并 结 合 Ａ ８ Ｓ １ 片机 的 系统 ，先通 过 两 片 运 Ｔ９ ５ 单
控制信号说明： Ａ 、 ０ Ａ１ 为 积 分 控 制 开 关 ，０通 ，１ １ ０
Ｆ ｎ 组成 ｎ级计数器 ， Ｆ 一１ 对输入时钟脉冲
Ｃ Ｐ计 数 ，以便 把 与 输 入 电压 平 均 值 成 正
比的时间间隔转变成数字信号输 出。 当计
数到 ２ ｎ个 时 钟 脉 冲 时 ，Ｆ Ｆ ０一Ｆ ｎ １均 Ｆ一 回 到 ０态 ，而 Ｆ ｎ翻 转 到 １态 ， ＝ Ｆ Ｑｎ ｌ后 开 关 Ｓ 从 位 置 Ａ 转接 到 Ｂ １ 。 （）时钟 脉 冲 控 制 门 ４
束， 计数停止。直接将十六进制转换 为十
积分式直流数字电压表的设计
积分式直流数字电压表的设计摘要：在不采用专用A/D转换器芯片的前提下设计积分式直流数字电压表，设计采用压频（V/F）变换器LM331将预处理后的电压转化成相应的频率，通过单片机80C51测得频率，经过压频变换的线性度比例软件处理后LED显示。
预处理部分采用了程控放大器PGA100对不同的信号放大满足线性度要求。
为了节省端口，LED驱动显示采用SPI接口芯片HD7279A。
关键字：LM331；80C51；PGA100；HD7279AAbstract：By converting preprocessed voltage into frequency using V/F converter LM331, the frequency is obtained by microprocessor 80C51, after V/F conversion linear proportional software disposing voltage displays on LED ,a integral direct digital voltmeter is designed without A/D converter chip.PGA100 which meet the demand of different signal is used in preprocess part. To save ports, SPI interface chip HD7279A is used in LED display drive.Keywords: LM331；80C51；PGA100；HD7279A一、设计的总体结构框图二、信号预处理——程控增益放大器PGA1001 0 1 32 1 0 1 IN51 1 0 64 1 1 0 IN61 1 1 128 1 1 1 IN7图1 PGA100引脚图表1 增益与通道选择方式为了提高测量的精度，智能化控制仪表应能自动转换量程。
课程设计报告 直流数字电压表设计.
电子技术基础课程设计题目名称：直流数字电压表指导教师：唐治德学生班级：学号：学生姓名：评语：成绩：重庆大学电气工程学院2015年7月3日目录一、内容摘要二．课程设计任务与要求2.1设计目的2.2设计求三．设计思路和方案选择3.1 设计思路3.2 方案选择四．工作原理4.1 基本原理框图4.2 ICL7107的工作原理4.3原理图五．电路设计与仿真六、系统调试与结果分析6.1调试方法6.2测试结果分析六．元器件清单八、总结及心得体会九、参考文献内容摘要伴随着电子技术科学的发展，电子测量技术已成为广大电子技术工作者必须掌握的一门科学技术，同时对测量的精度和功能的有着更高的要求。
电压是电子测量的一个主要参数，由于电压测量在电子测量中的普遍性与重要性，因此对电压测量的研究与设计有着非常重要的意义。
本次设计的主要设计内容为三档直流电压表。
在设计过程中由于第一次接触这种芯片，对该芯片不是很熟悉，我们参阅了大量前人的设计，在此基础上，运用A / D转换器ICL7107构建了一个直流数字电压表。
本设计首先简要介绍了设计电压表的主要方式，然后详细介绍了直流数字电压表的设计流程和芯片的工作原理，本设计中我们展示了两种方案，手动换挡的自动换挡，在各方案中也给出了两种方案的优缺点。
同时也给出了硬件电路的设计细节，包括各部分电路的走向、芯片的选择以及方案的可行性分析等。
关键字：ICL7107芯片，数字电压表，A\D转换，比较器，CC4006双向模拟开关。
课程设计任务及要求2.1设计目的1、掌握双积分A/D转换的工作原理和集成双积分A/D转换器件的设计方法2、掌握常用数字集成电路的功能和使用2.2设计要求1.设计直流数字电压表2.直流电压测量范围：0V~1.999V，0V~19.99V，0V~199.9V。
3.直流输入电阻大于100kΩ。
4.画出完整的设计电路图,写出总结报告。
5.选做内容：自动量程转换。
设计思路和方案选择3.1设计思路根据设计要求和功能，我们考虑了多种可行性方案。
积分式数字电压表设计
本设计在参阅了大量前人设计的数字电压表的基础上，利用单片机技术结合 V/F 转换芯片 LM331 以及采用模拟开关 CD4051 构建了一个测量范围达 0-750V 且具有自动量程切换功能和过压保护的交直流数字电压表。本文首先简要介绍了 积分式数字电压表的主要组成部分及原理，然后详细介绍了硬件系统和软件系统 的设计，并给出了硬件电路的各部分电路的设计及原理以及软件算法。 关键词 电压测量；自切换；LM331；模拟开关；单片机
路、
单片机系统电路设计
2008.4.25 单片机系统软件设计、各部分制作，及功能模块调试 2008.5.26 总体调试,参数测试，达到设计要求。撰写毕业设计说明书
五、主要参考文献
[1]第九章 数字电压表[EB/OL]./jpk/shzhcl/file/9.htm [2]华中理工大学电子学教研室编，陈大钦主编.电子技术基础实验[M].第二版.北京：高等 教育出版社，2005.12 [3]苏文平编著.电子电路应用实例精选[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.3 [4]沙占友等编.模拟与数字万用表检测及应用技术[M].北京：电子工业出版社，2000.5 [5]汪玉凤，赫飞，刘雨刚，孙秀芬.LM331应用在A/D转换中的体会[J].电子器件，2004.9， 27（3）：453～455 [6]何希才编著.常用电子电路应用365例.北京：电子工业出版社，2006.9 [7]高美珍.555时基芯片及其在A/D转换中的应用[J].电子工程师，2005.6，31（6）：38～ 40 [8]张鄂亮，林红，肖广润，周惠领.微型计算机原理与应用[M].第二版.湖北：华中科技大 学出版社，2005.1 [9]孙安青编著.AT89S51 单片机实验及实践教程[EB/OL]. [10] 严颂庄. 基于LabVIEW的频率测量虚拟仪器系统的研究与应用[D]湖南大学 , 2003 . [11] 王彦涛. 基于专家系统的热牵伸辊温度控制的研究[D]天津工业大学 , 2000 . [12] 赵玲. 无温度传感器实现热牵伸辊控制及其上位微机管理系统[D]天津工业大学 , 2000 .
路、
单片机系统电路设计
2008.4.25 单片机系统软件设计、各部分制作，及功能模块调试 2008.5.26 总体调试,参数测试，达到设计要求。撰写毕业设计说明书
五、主要参考文献
[1]第九章 数字电压表[EB/OL]./jpk/shzhcl/file/9.htm [2]华中理工大学电子学教研室编，陈大钦主编.电子技术基础实验[M].第二版.北京：高等 教育出版社，2005.12 [3]苏文平编著.电子电路应用实例精选[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.3 [4]沙占友等编.模拟与数字万用表检测及应用技术[M].北京：电子工业出版社，2000.5 [5]汪玉凤，赫飞，刘雨刚，孙秀芬.LM331应用在A/D转换中的体会[J].电子器件，2004.9， 27（3）：453～455 [6]何希才编著.常用电子电路应用365例.北京：电子工业出版社，2006.9 [7]高美珍.555时基芯片及其在A/D转换中的应用[J].电子工程师，2005.6，31（6）：38～ 40 [8]张鄂亮，林红，肖广润，周惠领.微型计算机原理与应用[M].第二版.湖北：华中科技大 学出版社，2005.1 [9]孙安青编著.AT89S51 单片机实验及实践教程[EB/OL]. [10] 严颂庄. 基于LabVIEW的频率测量虚拟仪器系统的研究与应用[D]湖南大学 , 2003 . [11] 王彦涛. 基于专家系统的热牵伸辊温度控制的研究[D]天津工业大学 , 2000 . [12] 赵玲. 无温度传感器实现热牵伸辊控制及其上位微机管理系统[D]天津工业大学 , 2000 .
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双积分式直流数字电压表
摘要：本设计采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D转换模块电路输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，采用软件实现自动校零功能，单片机控制继电器的驱动电路实现自动量程转换。
直流电压采集系统采用双积分电压—频率转换电路，由单片机内部的计数器对A/D转换电路的输出频率进行计数，并由软件实现对计数值的运算及线性化处理。
由于采用双积分A/D转换电路，该电压表抗干扰能力强。
由于采用软件线性化处理，分辨率高，200mv档分辨率可达0.01mV，2V档分辨率达0.1mV，并且两档的测量误差均小于等于0.02% 。
一．方案设计与论证：
1．总体方案设计与比较
方案一：直流信号采集转换采用BCD码输出的双积分型A/D转换电路，输出信号经译码电路译码送LED显示。
原理框图如图1所示。
整个系统采模拟控制方式，但要实现高精度要求硬件电路复杂，该硬件电路难以实现复杂运算。
方案二：采用单片机AT89C52作为积分式直流数字电压表的核心，实现对A/D
转换模块输出信号的处理，运算并将处理后的数据送液晶显示器显示，软件实现自动校零功能。
直流电压采集系统采用双积分V—F（电压—频率）转换电路。
用单片机控制继电器实现自动量程转换功能。
程序框图如下
比较以上两种方案，方案一是模拟控制方式，而模拟控制难以实现高精度控制和计算，控制方案的改善也比较麻烦。
方案二是采用AT89C52为核心的单片机系统，可以灵活实现采集数据的线性处理，并且可容易实现自动校零及自动量程转换功能。
由于单片机具有较强的运算功能，因此能实现较高的精度。
经过对两种方案的比较，本设计采用方案二。
二．模块电路设计分析
系统硬件以89C52单片机为核心，包括四个模块电路：电源电路，信号采集处理模块电路，单片机系统数据处理模块，液晶显示模块。
1信号采集处理模块
（1）前端电路处理电路
a) 跟随器及低通滤波电路。
输入的直流电压信号首先经过一个电压跟随器，以提高输入阻抗，输入阻抗为1.7M欧左右。
跟随器输出的信号经低通滤波滤波，用来滤除工频干扰。
b)量程切换及自动校零电路。
由单片机P3.2口控制电子开关实现自动校零功能。
由单片机P3.1口通过三极管9012控制继电器，以实现自动量程切换功能。
当继电器常闭时，为2V档，Uo=[1+R1/(R2+R3)]Ui=[1+18/(18+2)]=1.9Ui;当P3.1置低电平时，为200mV档，Uo=[1+36/2]Ui=19Ui
电路图如下所示：
（2）电压频率转换模块电路
制电路，双D触发器和电子开关构成的逻辑控制电路及计数门。
转换原理：
标准时钟电路：4M晶振经二进制计数器CD4060十六分频后输出250KHZ的脉
冲信号，为逻辑控制电路提供时钟信号。
负恒流源电路：
Ia
该电路由6伏基准电压和运算放大器构成。
输出电流Ia=-u/r=-6/10k=-6mA
当输入电压信号时，电压信号经V—I转换电路转换成电流信号。
同时逻辑控制电路输出脉冲控制电子开关的通断，相应加在电子开关上的负恒流源以一定的频率加在有源积分器的输入端，要使积分器能正常积分输出锯齿波，V-I转换后的电流应小于0.6mA.该电流Ib=UI/R,由于R=10K，所以该电压表输入信号应小于U=Ib*R=6V.
当输入0到2V的电压信号时，经V-I转换产生的正电流信号与一定频率的负恒电流信号相叠加，积分器对该叠加后的信号进行积分。
该V—F转换输出的频率信号：F=kUi/R/0.6,其中K为系数，Ui为输入直流电压信号，R=10K。
输出频率与输入电压信号成线性关系。
2单片机系统数据处理模块
单片机系统以单片机89C52为核心。
89C52内部带有8K字节FLASH闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，三个定时计数器。
单片机采用定时计数器T0实现500ms的定时，实现1S内转换处理2次数据。
T1设置成计数器，对电压—频率转换电路输出的频率信号进行计数，并将计数值进行线性化处理：y=k(x-b) ，其中y为电压表显示数据，x为计数值，k为线性化数据，b为修正值。
处理后的数据送LCD液晶显示。
用P3.0口控制电子开关实现自动校零功能，用P3.1口控制继电器驱动电路实现自动量程切换功能。
硬件电路见附页。
3电源电路。
市电经整流滤波后由LM7805输出+5V电压，由LM7815输出+15V 电压，由LM7915输出—15V电压。
4显示电路。
采用低功耗的液晶显示器显示范围：十进制数0---19999
三．系统程序设计
四．实际调试
1调试方法和过程
采用先分别调试各单元模块，调通后再进行整机调试的方法，提高调试效率。
1）电压—频率转换模块电路调试 该模块是整个系统的关键部分，主要为模拟电路。
首先测试有源积分器输出的波形，看是否有锯齿波信号产生。
倘若没有接着测标准时钟电路，二进制计数器CD4060应输出250KHZ 的矩形波。
接着测试负恒流源电路OP07管脚2与管脚3的电压，应为—57 mv 左右。
倘若都符合则测逻辑控制电路。
当积分器输出为锯齿波时，再测输出频率信号，该信号与输入电压成线性关系。
2）软硬件联合调试 采用KEIL 在线仿真器进行仿真。
由于元件精度的影响以及电子开关上的压降，输出的频率与输入电压并非成准确的线性关系。
需用软件进行线性化处理。
系统程序采用分段y=k(x-b)处理，实现较高精度。
2测试仪器
34401A ———6 1/2数字万压表
DS-1150—150MHZ ———数字示波器 3测试数据
200mV 档 2V 档
电压表输入阻抗：R=1.7M 欧
结束语：本设计具有自动校零功能及自动量程转换功能。
由于采用软件分段线性化处理，测量精度较高，可实现1mV —2V 测量,测量误差<=±0.02%。
200mV 档分辨率为0.01mV,2V 档分辨率为0.1Mv,完成题目的各项要求。