交流数字电压表实验报告.docVIP

交流数字电压表 电子电路课程设计 2011年9月13日至9月23日 (一)、技术指标 　　1、整体功能要求 交流数字电压表的功能是，测量正弦电压有效值，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框图如下图： 交流数字电压表的系统结构框图 3、电气指标 (1)、被测信号频率范围：10Hz~10kHz。 (2)、被测信号波形：正弦波。 (3)、显示数字含义：有效值。 (4)、档位：分三档： 1.0V~9.9V 0.10V~0.99V 0.010V~0.099V。 (5)、显示方式：两位数码显示。 4、扩展指标 可自动换档 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： LM324(TL084) 运算放大器 2片 LM139 二四线译码器 1片 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 5.1V稳压管 2只 发光二极管 3只 28C64存储器 1片 ADC0804A/D转换器1片 门电路、各种阻容件自定。 (二)、方案设计 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。 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。为此，总体方案如下图： 交流数字电压表的组成框图 (三)、单元电路设计 1、输入电路 作为仪表，为减少对被测信号的影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，无法正常工作，因此，在输入电路中要进行衰减，可作一10：1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R3=100Ω时，计算出R4=900 Ω、R5=9KΩ(可用470+430和470K+430K实现)。 3、交流转直流(AC-DC) 输入的正弦信号要经检波电路，实现交直流转换。这里介绍运放半波整流电路。 4、全波整流电路 在半波整流电路的基础上，加一级加法器，可构成全波整流。 在加法器的反馈之路加一个电容，构成一个积分器，可把全波波形变为直流电压。 5、可变增益放大器 经整流后的直流电压要加到AD转换器中，将不同的电压值转换成不同的二进制代码。ADC0804是AD转换器，其输出位为八位，若所加参考电压为5.12V时，其每一台阶电压为ΔVS=Vref/28=5.12/256=0.02V。我们所测量的电压在0.10V~0.99V范围内，每个差值为0.11-0.10=0.01V，因此，要将输入的电压放大。加到0804的电压范围为0.2V~1.98V。这 可用可变增益放大器来实现