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积分式直流数字电压表 摘要 本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,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 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。.工作宽温度范围,-40℃~85℃,在系统可编程,无需编程器,可远程升级,抗干扰强.价格低廉,所以采用了STC单片机. 1.3积分器比较与选择 方案一、采用双极性运放UA741,UA741为通用运放价格便宜,容易购买。积分电容选择胆电容进行积分。 方案二、采用FET运放TL062,其漏电流小,电容选择独石电容。 方案论证:方案一ua741器基集电流大,失调电流大对积分产生影响,且胆电容的漏电流大也对积分产生一定影响,而方案二TL062为FET型输入阻抗高基集电流小且独石电容漏电流小。所以才用方案二。 系统设计 总体设计 本设计基于STC89C51单片机的4位半积分式直,充分利用了89C51单片机内部的高速计数器和A/D转换器的优良特,使整个设计达到了比较满意的效果。硬件设计主,主要有时序子程序,系数运算子程序, BCD码转换子程序,自动量程转换子程序,显示子 图一 2.2 单元电路设计 2.2.1 信号调理调理电路 图二 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。放大倍数可有可变电阻进行调整补偿。 2.2.2 双积分电路设计 图三 单片机通过对开关逻辑控制电路来控制A/D转换,单片机先控制开关逻辑控制电路接通进行自动回零,接着接通将待,再使接通对反积分基准电,同时单片机内部计数器开始计数,到,单片机停止计数并将计数值滤波,通过减法、乘法BCD码,再通过显示A/D转换是在单片机和开关逻辑控制电路的控,全部过程可分三个阶段:(1)正积分:也称信号采集阶段。在这个阶段,积分。积分器的输出电压随时间线性,定时为T1,在T1: Vout(T1)=-1/C2*R9∫out2 (公式一) (2)反积分:也称计数阶段。在这个阶段,通过T2时间后回到, Vout2(T2)=Vout1+1/C2*R9∫Vref (公式二) T2=out2*T1/T2 (公式三) 由此可以看出T2的大小取决于Vx的大小。 (3)自动回零:也称复位阶段,在该阶段,因反积,再由单片机,使VA导通,使得积分2.2.3 基准电压电路设计 图四 负电源电压采用高精度可编程稳压器件TL431产生,然后进过电源滤波。在经过缓冲器进行隔离,以免后级电路对基准源产生负
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