数字式交流电压表.docVIP

技术指标 1.系统功能要求 交流数字电压表的功能是测量正弦电压的有效值，然后以数码管显示测量结果。 2.系统结构要求 交流数字电压表的系统结构方框图如下图所示： 电气指标 被测信号频率范围：10Hz~10KHz 被测信号波形：正弦波 显示数字含义：有效值 档位：分三档： 1.0V~9.9V； 0.10V~0.99V; 0.010V~0.099V 。 显示方式：两位数码显示 4.扩展指标 可自动换挡 5.设计条件 电源条件：直流稳压电源提供±5V。 可供选择的器件： TL084 运算放大器 2片 74139 二四线译码器 1片（模拟开关实现档位指示，故实际电路未采用74139） CC4052四选一模拟开关 1片 74161四位二进制计数器 1片 4511显示译码器 2 片 2AP9检波二极管 2只 发光二极管 3只 28C64存储器 1片 ADC0804A/D转换器 1片 半导体数码管C392 2片 电容电阻自选 整体方案设计 算法设计 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（直流或交流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。它利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量,并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。 整体方案 实验时的输入为交流电压，为测量其有效值，应先将输入信号进行整流，得到一个稳定的直流电压后，再将其进行模数转换，最终通过数字形式显示出来。而交流是指输入的信号是正弦波，电压表需要显示的是正弦信号的有效值。电路中需有交直流转换。由测量电压范围可知，显示输入电压的有效值在0.01V至9.9V范围，分成三档。意味着输入正弦信号的峰峰值为0.028V至28V。因此，输入需有量程转换及衰减电路。将该电路分成数电和模电两部分来设计，模电部分完成交流直流转换工作，数电部分负责实现模数转换和具体结果的显示，两部分电路分别实现后再拼接完成。 2.交流数字电压表组成框图 被测信号Vi经输入电路衰减后，经量程放大器放大，经过整流电路，被积分电路转化成直流信号，再由可变增益放大器调节，以适合A/D转换器输入电压的要求，然后用存储器实现二进制码到BCD码的转换进去显示译码器最后由数码管显示出来。 单元电路设计 1.输入电路 输入信号对被测信号是有一定影响的，为了减少其影响，通常输入阻抗都比较高，一般在1MΩ左右。另被测信号的最大有效值为9.9V，正弦信号的峰峰值为28V，这么大的信号，电路无法正常工作，因此，在输入电路中要进行衰减，可如图所示作一10：1的电路。 2.量程放大器 输入电压三档： 1.0V~9.9V (2.8Vp-p~28Vp-p) 0.10V~0.99V (0.28Vp-p~2.8Vp-p) 0.010V~0.099V (0.028Vp-p~0.28Vp-p) 经输入电路衰减10倍后，各档电压： 1.0V~9.9V 衰减后：(0.10V~0.99V ) 0.10V~0.99V 衰减后：(0.010V~0.099V ) 0.010V~0.099V 衰减后：(0.0010V~0.0099V) 为使后续电路在同一个数量级上工作，选衰减后(0.10V~0.99V )为标准输入，则应对另两档进行放大。量程放大电路如下图： 输入及量程放大器 电路图中R1、R2构成输入电路，实现10：1转换。 3V稳压管是防止输入信号过大，损坏运放而加。 R3、R4、R5可通过公式计算得到： 放大10倍：1+R3/(R4+R5)=10 放大100倍：1+(R3+R4)/R5=100 取R5=100Ω时，计算出R4=900 Ω、R5=9KΩ(可用 470+430和470K+430K实现)。 3.半波整流电路 在普通二极管线性检波电路中，偶遇晶体管导通电压的存在，在对小信号进行检波时，误差很大。把二极管置于运算放大器的反馈回路中可提高小信号检波的线性度，检测结果将会更精确。用软件模拟的电路如图所示： 正弦输入信号经过半波整流后波形的对比如图： 4.全波整流电路 在半波整流的基础上加一级加法运算电路，即可构成全波整流电路。同时为了使其成为直流信号，加法器反馈支路用积分电容构成积分器。电路图如下: 所得的波形如图所示: 5.可变增益放