积分式数字电压表

1、积分式数字直流电压表 姓 名: 指导老师: 2007年9月6日摘要：本作品由电源电路、PC控制电路、积分电路、显示器为主体构成数字电压表。其中PC控制电路由 8 位单片机 89C52组成，积分电路由 12 位 TLV5618 双 D/转换器,单数控电位器(软件设计) 和运算放大器 OP07 构成的加法器组成。由于方案采用软件调试与数控电位器细调相结合，达到发挥部分的要求，并采用数码管直观显示。经测试,各项技术指标完全满足题目规定的技术要求,在工程领域具有较大的应用价值。关键词：数字电压表、积分电路 、 PC控制 、 数码显示目 录1 基本设计方案1.1 方案一1.2 方案二1.3 方案比较2

2、系统最终方案3 单元电路设计与计算3.1 电源电路3.2 控制电路4 软件设计5 系统调试与整机调试参考文献附件积分式数字直流电压表1. 基本设计方案1. 1 方案一 利用双斜积分式 A/D 转换构成积分式数字电压表，如图 1 所示。它由模拟电路和数字电路两部分构成。模拟电路部分由基准电压源+Ur 和-Ur,模拟开关 S1S4 ，积分器和比较器等组成，数字电路部分由控制逻辑电路,时钟发生器，计数器与寄存器等组成。积分器的第一次积分是对输入电压 Ui 做定时（ T1 ）积分，第二次积分是对基准电压做定值积分。通过两次积分得到与输入电压的平均值正比的时间间隔 T2 ，即实现 U-T 转换。在 T2

3、 的时间内对时钟脉冲进行计数。最后完成电压-数字转换。在控制逻辑电路的控制下，实现一次转换。图11.2 方案二利用 89C52芯片最小系统构成积分式数字电压表，如图 2 所示，主要由个人计算机控制电路，积分电路,显示器和电源系统组成。积分器由双 D/A串行数模转换，数字电位器,，加法器构成，积分输出 U-与被测电压 U+通过比较器判定后控制 89C52的I/ O口，确定 89C52的工作状态，即U-U+时 89C52计数，U-U+时 89 C52 通过显示器显示被测电压值。图21.3 方案比较方案一：利用双积分式 A/D 转换电路构成积分式数字电压表。该电路主要是由模拟电路构成，调试难度大，精

4、度低，不易控制。方案二：因积分电路的主体结构由数字电路组成，电路信能稳定可靠，易调试，精度高。相比之下选用方案二。2. 系统最终方案该系统由电源电路，个人计算机控制电路，积分电路,显示器构成，各模块电路如图 3 所示。其中个人计算机控制电路由 8 位单片机 89C52组成，积分电路由 12 位 TLV5618S 双 D/A转换器,单数控电位器 X9110 和运算放大器 OP07 构成的加法器组成。由于方案采用软件调试与数控电位器细调相结合，达到发挥部分的要求，并采用数码管直观显示。3 单元电路设计与计算3.1 电源电路因三端稳压具有结构简单外围元器件、外围元器件少、性能优良、调试方便等显著优点

5、，供电部分用三端稳压电路，如图 4 所示。3.2 控制电路3.2.1单片机最小系统由 8 位单片机 89C52构成最小系统,如图5所示。89C52 单片机是一种低功耗/低电压，高性能的 8 位单片机，采用了互补型金属氧化半导体工艺和 ATMEL 公司的高密图3图4度非易失性存储器（ NURAM ）技术，而且其输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容，是一种功能强,灵活性高且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域。通过硬件电路与软件控制相结合，本最小系统解决和处理了设计指标中的量程选择、五位数据显示、实时测量的采样控制和抗工频干扰。 3.2.2显示与计数功能积分电路的输出电压 U-与被测电

6、压 U+通过比较器判定后控制 89C52的I/ O口，确定 89C52的工作状态，即U-U+时 89C52计数，U-U+时产生一个中断信号，89C52通过引导程序显示器显示被测电压值。图53.3 积分电路3.3.1 双D/A数模转换电路积分电路的核心部分是12位双D/A数模转换器TLV5618。如图6所示。双D/A两路输出电压,一路衰减系数为1,另一路通过数字电位器(软件电路),分别送入到加法器,加法器增益等于1,因此加法器的输出信号的大小是输入信号的1.1倍,将该信号送入比较电路与被测信号进行比较.当PC控制程序的计数功能每累加一个数据相应加法器的输出电压为1.1mV，随计数器的数据增加,加

7、法器输出电压以1.1mV的斜率按积分规律递增。由于TLV5618的传速速率等于20Mbit/s,因此测量分辨率为0.1mV,通过控制程序调整计数过程,测量误差将达到±0.05%±5个字。图6 3.3.2 加法器电路加法电路如图7所示。加法电路输出电压： Uo=UDA1+0.1 UDA2 UDA1= UDA2= UDA Uo=1.1 UDA其电路参数如图所示。图7积分电路数字电位器由程序控制构成一个衰减系数等于10的软件电路。3.4 输入电路 为提高输入阻抗采用电压跟随器。如图8所示：输入阻抗1M图8图93.5 显示电路 如图9所示,可以准确的显示被测电压。4 软件设计程序流

8、程图、源程序见附件。5 系统测试与整机调试51 测试方案利用数字万用测试被测电压与比较电压值，判断两个值的大小，当比较值大于被测电压的时候产生一个中断，在通过LED显示被测电压值，与数值万用表测得的值相比较，确定理论和实践的一致性(见方框图)。52 仪器设备型号COS-620双踪示波器 C30直流毫伏表，A17303D稳压源 CDM8045四位半数字万用表53 数据与曲线图6.3.1 200mV档位测试(室温)测量次数123456789被测电压(mV)151020507090150200显示(mV)0.98650.49869.856420.12549.56270.10289.564150.01

9、200.12图11_电压变化积分曲线6.3.2 2V档位测试(室温)测量次数123456789被测电压(V)0.30000.50000.70000.90001.10001.50001.80001.90002.0000显示(V)0.29990.49980.68920.90101.09991.49861.79991.899919998图12_电压变化积分过程曲线5.4 结果分析由上面的数据可以看出本系统输出电压与实际被测电压有一定的误差。主要由测试仪器的精度所限，加上集成运放需一定的响应时间，故输出电压有一定的变化。5.5 总结评价这次设计制作，严格按照大赛组委会颁布的参赛学生守则参加比赛。通过这

10、次实践设计制作，体验了真正的产品研发流程，为以后从事相关工作积累了经验；另一方面，在这么短的时间内，完全自主设计制作出这么高质量的积分式数字直流电压表设计，不是一个人能完成的，这需要团队的高度合作，这也体现了当今企业集团中，团队合作精神的重要性，当然基础知识功底扎实绝对不可忽视。 参考文献1 高吉祥, 电子竞赛模拟电子线路设计.北京:电子工业出版社, 2007 2 周志光， 刘定良. 单片机技术与应用.湖南：中南大学出版社,2005 3 黄志伟. 全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京:北京航空航天大学出版社2006年10月4 谢自美. 电子线路设计·实验 · 测试. 湖北：

11、华中理工大学出版社2000年5月5 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛制作实训.北京:北京航空航天大学出版社06年10月附件1 程序流程图：2 源程序： CS EQU P1.1SCL EQU P1.2DIN_DATA EQU P1.3VALUEHEQU50H;暂存TH1的值VALUELEQU51H ;暂存TL1的值DVALUE0EQU52H;暂存计数值的BCD码DVALUE1EQU53HDVALUE2EQU54HDVALUE3EQU55HDVALUE4EQU56HCNT EQU50HH_5618_A EQU 40HL_5618_A EQU 41H H_5618_B EQU 42H L_5618_

12、B EQU 43HOrder EQU 31hL_DATA EQU 32h ORG 0000H JMP MAIN ORG 0003H JMP INT ORG 100H ;* MAIN: MOV DPTR,#TABLE MOV H_5618_B,#00H MOV L_5618_B,#20H SETB IT0SETB EX0 CLR C MOV H_5618_B,#00H ;b通道送数命令 MOV L_5618_B,#00H;*;B通道作为粗调子程序 步进1mV;完成TLV5618低8位递增;粗调 ;初始化B 通道，目的是为B通道送1mA电压 完成TLV5618 的12为1mA的数递增 B_Chal

13、: again_0: JNB P3.2,PPINC L_5618_BMOV Order, H_5618_BMOV L_DATA,L_5618_BCALL TLV5618MOV A,L_5618_BCJNE A,#255,again_0INC H_5618_BCALL TLV5618MOV A,H_5618_BCJNE A,#06H,again_0 MOV H_5618_B,#00H JMP AGAIN_0PP: JMP B_ChalMOV ORDER,#00h Pp1: INC R6MOV L_DATA,R6CALL TLV5618JNB P3.2, PP JMP AGAIN_0 ;*INT:

14、 CLR EA SETB RS0MOV R2,H_5618_BMOV R3,L_5618_BCLRAMOVR4,AMOVR5,AMOVR6,AMOVR7,#10HLOOP1:CLRCMOVA,R3RLCAMOVR3,AMOVA,R2RLCAMOVR2,AMOVA,R6ADDCA,R6DAAMOVR6,AMOVA,R5ADDCA,R5DAAMOVR5,AMOVA,R4ADDCA,R4DAAMOVR4,ADJNZR7,LOOP1CZ:MOVR0,#DVALUE4MOVA,R6ANLA,#0FHMOVR0,ADECR0MOVA,R6SWAPAANLA,#0FHMOVR0,ADECR0MOVA,R5A

15、NLA,#0FHMOVR0,ADECR0MOVA,R5SWAPAANLA,#0FHMOVR0,ADECR0MOVA,R4ANLA,#0FHMOVR0,ACLR RS0DISP:MOVP1,0FFH ;显示子程序CLRP1.0MOVA,DVALUE4MOVCA,A+DPTRORL A,#80HMOV P0,ALCALLDELAYSETBP1.0 ;最右边的数码管显示CLRP1.1MOVA,DVALUE3MOVCA,A+DPTR ORL A,#80H ;第2个数码MOV P0,ALCALLDELAYSETBP1.1CLR P1.2MOVA,DVALUE2MOVCA,A+DPTRORL A,#80HMOVP0,ALCALLDELAYSETBP1.2 SETB EARETI;*/TLV5618: CLR C SETB CS CLR SCL CLR CS MOV R7,#8 MOV A,ORDER CALL LOP MOV A,L_DATA MOV R7,#8 CALL LOP MOV P2,#0FFH JMP ENDD LOP: RLC A MOV DIN_DATA,C S