交流数字电压表.ppt

交流数字电压表,电子电路课程设计2012年9月17日至9月29日,一、课程设计的基本要求,电子电路课程设计是门集中性的实践类教学课程，共2周时间。目的是让学生巩固和深化前期电子电路类所学的理论课程，进一步提高电子电路的设计能力和实践能力。通过综合型、系统型电子电路课题的设计与实现，使学生在电子电路设计、装配、调测、故障处理和文档整理等方面的能力得到进一步的提高。为此，我们对这段时间的学习提出如下要求：,一、课程设计的基本要求,1、遵守作息时间：上午8：0011：30下午1：304:302、不允许在实验室吃东西，保持实验室内的环境卫生。每天清理桌面，自己保管好自己所用的工具及元器件，养成良好的工作习惯。3、在设计课题之前，认真学习电子电路课程设计指导书第一章至第五章的内容。了解电子系统的特点、设计与实现的大致过程。在设计时应考虑的主要因素及设计工具等；学习电子系统中技术指标的分析、算法研究和整体方案的拟定等；学习数字电路、模拟电路设计的一般原则。学习电子电路中电磁兼容的基本概念；学习电子电路的装配、调测、故障分析等；学习电子电路设计中资料的查找与技术文档的整理等。,一、课程设计的基本要求,4、要端正学习态度，独立思考，立足于自己。有困难时大家讨论、研究。要善于思考，不要依赖别人。5、装配调试过程中要耐心细致，成功与否在于你能否坚持到最后一刻。,二、日程安排,说明：除查资料、设计外，其余时间均在实验室。,三、成绩评定方法,说明：1、以上所列各项，前六项相加为100分，后两项在此基础上加减。2、新颖性加分不得超过10分。3、考勤扣分：无故旷课：10分/天；迟到、早退：2分/次。4、操作是学生动手能力的反映，由指导教师根据学生能力打分。5、有事请假，需经辅导员批准，带课老师无权批准。,四、设计提示,(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。,四、设计提示,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,四、设计提示,3、电气指标(1)、被测信号频率范围：10Hz10kHz。(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：1.0V9.9V0.10V0.99V0.010V0.099V。(5)、显示方式：两位数码显示。,四、设计提示,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CD4052四选一模拟开关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,四、设计提示,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。,四、设计提示,(二)、方案设计数字电压表（DigitalVoltmeter）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。,四、设计提示,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：,四、设计提示,交流数字电压表的组成框图,四、设计提示,(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响，通常输入阻抗都比较高，一般在1M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，可作一10：1的电路。,四、设计提示,2、量程放大器输入电压三档：1.0V9.9V(2.8Vp-p28Vp-p)0.10V0.99V(0.28Vp-p2.8Vp-p)0.010V0.099V(0.028Vp-p0.28Vp-p)经输入电路衰减10倍后，各档电压：1.0V9.9V衰减后：(0.10V0.99V)0.10V0.99V衰减后：(0.010V0.099V)0.010V0.099V衰减后：(0.0010V0.0099V)为使后续电路在同一个数量级上工作，选衰减后(0.10V0.99V)为标准输入，则应对另两档进行放大。量程放大电路如下图：,四、设计提示,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=100时，计算出R4=900、R5=9K(可用470+430和470K+430K实现)。,四、设计提示,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。,四、设计提示,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。,四、设计提示,全波整流波形图,四、设计提示,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。,四、设计提示,交直流转换后的波形,四、设计提示,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VS=Vref/28=5.12/256=0.02V。我们所测量的电压在0.10V0.99V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0.2V1.98V。这可用可变增益放大器来实现。,四、设计提示,可变增益放大电路,四、设计提示,6、AD转换器ADC0804模数转换器是逐次逼近型转换器，其参考电路如下图：其内部结构和工作原理请上网查看。,四、设计提示,ADC0804测试图,四、设计提示,7、B-BCD码的转换ADC0804转换的二进制数，要转换成数码管显示的BCD码，这一任务可由存储器来实现。ADC0804输入电压的范围为0.2V1.98V，转换后的相应的二进制数为0AH63H。将转换后的二进制数作为存储器的地址，而把相应的BC