编号论文直流简易数字电压表软件

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深圳职业技术学院毕

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文课题名称:直流简易数字电压表-硬件学生姓名

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指导教师

毕业设计（论文）任务书专业（班）：姓名：学号:课题名称：直流简易数字电压表主要内容：本文主要首先对于数字电压表的组成电路及其系统功能进行简要的阐述，着重的介绍了将田口方法应用到直流数字电压表的校准及直流数字电压表测量不确定度的研究,在研究中利用田口方法中关于校准的理论,对直流数字电压表的各个档位进行了校准公式的推导,通过用高等级的计量标准进行检验,基于田口方法的校准公式可以满足对测量设备的任意点的校准；在直流数字电压表的测量误差分析研究中,解决了多参量有交互效应场合误差分析及测量不确定度的求解,定量的获得了影响直流数字电压表测量误差的影响因素的大小,为我们提高直流数字电压表的测量准确度和测量不确定度的评定准确度提供了依据.设计要求：熟悉直流简易数字电压表的具体应用电路图掌握直流简易数字电压表主要元器件，及其主要构造电路图及功能。了解田口方法对直流数字电压表的校准及直流数字电压表测量不确定度的研究现状；课题名称、主要内容和基本要求：进度安排：周次工作内容执行情况上学期搜集资料、方案构思、选定题目、明确题目要求、开题报告第1-5周了解直流简易数字电压表的主要电路图，各元器件的构造及其功能第6-7周到相应的公司企业实际实习，观察直流简易数字电压表制造工艺流程第8-9周争对于直流简易数字电压表的校准和不确定度的测定进行文献查阅第10周专门对于田口方法在直流简易数字电压表上的应用进行实际的文献调研第11-13周撰写设计报告（论文）第14-15周答辩，演示制作成品、讲解设计思路、回答提问。指导教师评语：指导教师签名：评阅教师评语：评阅教师签名：毕业设计（论文）成绩：答辩委员会主任签名：深圳职业技术学院毕业论文——直流简易数字电压表深圳职业技术学院毕业论文——直流简易数字电压表深圳职业技术学院毕业论文——直流简易数字电压表目录TOC\o"1-5"\h\z\u摘要 11前言 摘要直流简易数字电压表是通过全数字化电路测控的电压仪表，其具有高准确度、高分辨率、高性价比、读数清晰方便、测量速度快、输入阻抗高等特性使得其具有很大的市场经济价值；与此同时，数字电压表的指示示数也存在着一定的误差，使用前需要校准等问题仍然不可忽视。本文主要首先对于数字电压表的组成电路及其系统功能进行简要的阐述，着重的介绍了将田口方法应用到直流数字电压表的校准及直流数字电压表测量不确定度的研究,在研究中利用田口方法中关于校准的理论,对直流数字电压表的各个档位进行了校准公式的推导,通过用高等级的计量标准进行检验,基于田口方法的校准公式可以满足对测量设备的任意点的校准；在直流数字电压表的测量误差分析研究中,解决了多参量有交互效应场合误差分析及测量不确定度的求解,定量的获得了影响直流数字电压表测量误差的影响因素的大小,为我们提高直流数字电压表的测量准确度和测量不确定度的评定准确度提供了依据！关键词：直流简易数字电压表；田口方法；校准；不确定度1.前言1.1数字电压表的组成电路图1直流数字电压表电路图直流数字电压表工作原理：直流数字电压表将被测模拟量转化为数字量，并进行实时数字显示。该系统由3位半A\D转换器（MC14433）、基准电源（MC1403）、译码器（MC4543）、驱动器（MC1413）和显示器等组成[3]。各部分的功能如下：1）3位半A\D转换器（MC14433）：将输入的模拟信号转化成数字信号。2）基准电源（MC1403）：提供精密电压，供A\D转换器作参考电压。3)译码器（CD4511）：将二-十进制（BCD）码转换成七段信号。4）驱动器（MC1413）：驱动显示器的a、b、c、d、e、f、g七个发光段，驱动发光数码管（LED）进行显示[6]。5）显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A\D转换结果。表1直流数字电压表的元器件元器件的名称数目数字电压表组装套件一套1套万用表一块1块焊接工具1套无感起子、十字起子各1把FM8PC71AS1片MC14131片七段显示器4片电阻、电容、导线等若干（一）FM8PC71AS芯片FM8PC71AS芯片能够增加OTP及SRAM容量，且较FM8PC71A增加Buzzer(蜂鸣器)、Timer及比较器功能。图2FM8PC71AS芯片内部结构及引脚图1）13+1输入/输出口每个GPIO具有较高的电流驱动能力：15mA/脚出力和入力电流每个GPIO支持高阻抗输入、内置上拉、开源漏极输出或CMOS输出2）6+14个中断来源14个外部中断从任一GPIO引脚8个内部中断来源WDT,Timer0,PTM0,PTM1,PTM1,PTM2,PTM3,ADC3）5+2通道12位模数转换器可选择连续模式或触发模式取得模数转换结果内建模数转换器参考电压(VDD,4V,3V,2V)+/-1%支持1个数模转换通道(DAC)4）电源管理上电复位2.35V(POR)掉电复位2.0V(PDR)三级低电压检测:LVDH(3.6V),LVDM(3.0V),LVDL(2.4V)5）内建PWM蜂鸣器(Buzzer)功能支持4个脉宽调制通道(PWM)PWM0(BZ0)/PWM1(BZ1)/PWM2(BZ2)/PWM3(BZ3)输出引脚可编程(二)七路达林顿驱动器阵列MC1413MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此具有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载[1]。图3七路达林顿驱动器阵列MC1413内部结构及引脚图1.2田口方法在国内外的研究现状早在上世纪六十年代日本著名的质量工程学家田口玄一博士在试验设计和统计质量控制的基础上创立了测量质量工程学,也称之为“田口方法”。田口方法在生产中得到了广泛的应用,随着应用的深入,得到了进一步的发展,进入九十年代,随着美欧一些统计学家和质量学家对田口方法研究的深入,他们对田口方法中的一些具体做法如交互作用、SN比等提出了不同的看法,在承认田口思想正确的前提下,试图采用新的方法对田口方法进行改造,Wekh等人首先提出用计算试验,即损失函数法实现田口目标。我国1980年正式引入田口方法,在兵器系统中进行推广应用,并专门设立自然科学基金对其研究进行资助,我国的统计学者和质量工作者对田口方法的推广应用作了大量的工作,并对田口理论提出了一些改进意见[7]。在试验安排上,韩茂祥等提出了以均匀表代替正交表,并在实际应用上取得了成功;朱立峰等将田口方法应用到数字信号源的测量不确定度评定中,提出了一种新的测量不确定度评定及分析方法;牟能文等将田口方法运用到高频信号源检定系统中,是田口方法在计量检定工作中的有效应用。2.田口方法在直流数字电压表校准中的应用研究目前在计量领域,计量器具的检定、校准仍然依据传统的MSA,即在假定测量过程稳定受控的基础上进行校准,校准过程一般采用固定不变的误差消除方法。在仪器的实际使用过程中,使用者往往需要知道非典型点的测量数据,仅仅依据国家或行业发布的校准规范或仪器厂商提供的校准方法,只对规定的项目及其典型点进行校准就显得远远不够，如果能从非典型点的测量数据推断出全量程任一点的测量数据,不仅能满足各类用户的需要,也将大大节省了仪器校准成本，田口测量质量工程学很好地解决了仪器校准过程中的这个难题。2.1校准方式的选择由于我们无法准确的知道直流数字电压表的零点偏移以及刻度的线性程度,依据田口方法中的相关内容,本研究采用线性式校准[2]。线性式校准是假定被测量M与测量设备读出值Y呈现下述线性关系:Y=;随机测量误差e服从正态分布N(0,),由此求得校准公式并计算校准后测量设备的SN比。2.2校准的内容我们选择惠普公司的34401A型六位半直流数字电压表,我们选择其中精度最高的直流电压档为研究对象,选取直流电压档10V、100V、1000V这三个常用量程,在每个量程分别取等间距的五个点作为研究点,以5500A为标准源,以8508A为标准表,来对被检的直流数字电压表直流电压档进行校准,在每个点上重复读取10次，记录数据如下表[9]：表210V档测量数据表3100V档测量数据表41000V档测量数据 2.3校准的结果根据上述数据及线性式校准的相关公式,得到如下结果如表：表5田口方法校准结果我们用HP3440lA型直流数字电压表和8508A参考级直流数字电压表来同时测量5500A输出的直流电压,并用上述校准公式计算得到一个电压值,和8508A的测量值进行比较,结果如下表[7]:表6实践验证数据利用校准公式计算得到的电压值和8508A的测量值相比较,最大的偏差在100V档,和8508A的相对偏差为百万分之三点四，绝对偏差为0.173mV;最小的偏差在34401A型直流数字电压表的10伏档,和8508A相对偏差为百万分之二点六，绝对偏差为-15.6uV,对直流数字电压表的任意点进行校准是完全满足直流数字电压表的误差要求的，我们在实际的工作中,完全可以用上述校准公式对34401A直流数字电压表的直流电压档的测量值进行修正,使测量得到的数据更接近实际值。3.田口方法在直流数字电压表测量不确定度评定中的应用研究3.1田口方法在测量不确定度评定中的应用传统的误差分析方法存在两种弊端：一是假定误差的合成为线性合成公式，这样做的理由并不充分。尤其在间接测量时，响应是非线性的，而在使用泰勒级数展开时仅取了一次项,忽略去二阶以上的高阶项。这在某些情况下可以,但精度不一定满足要求。第二，在间接测量时,如果理论公式f(x1,x2xn)较复杂，并且没有充分理由确定x1,x2xn相互独立时，将很难计算误差合成。3.2基于田口方法的直流数字电压表的测量不确定度研究测量特性的SN比是测量不确定度的A类不确定度，利用田口方法得到的其实是测量不确定度的A类不确定度,为得到整个的测量结果的测量不确定度以及扩展不确定度,还要对其它影响量进行分析,我们知道,影响测量误差的主要因素是标准表,通过对被检表进行足够的预热,选择合适的标准表显示位数以及温度,就可以不考虑预热时间，显示位数以及温度的影响，因此就可以达到如下的测量不确定度评定。我们假定还有n个B类标准不确定度分量,彼此互不相关,则合成标准不确定度可由A类标准不确定度和B类标准不确定度合成得到[6]。；由合成标准不确定度的有效自由度和给定的置信概率查t分布表,可以得到覆盖因子kp,于是就得到扩展不确定度为U=kp表7基于田口方法的合成不确定度合成表8基于田口方法的扩展不确定度通过比较表7和表8，利用田口方法计算得到的不确定度结果，实际上并不完全是利用田口方法,只有其中的A类不确定度评定是依据田口方法,至于其它的误差分量引入的B类不确定度,还是参照了GUM理论中的分析方法,所以利用田口方法无法对被测设备进行完全的测量不确定度评定,只能对其中的A类不确定度进行评定"如果我们在实际的工作中将两种不确定度的评定方法结合起来,对一些无法完全适用GUM进行测量不确定度评定的测量设备进行评定,将是对测量不确定度评定方法的扩展。结论直流简易数字电压表的具体应用电路是有很多种的，只要掌握了一些最基本的应用，就可以举一反三地、越来越熟练地按照自己的构思，得心应手地设计好数字电压表电路。数字电压表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果。因此，上面所有例子中，其使用的电阻要求精度均不能低于1%，在分流、分压和标准电阻链中，最好能够使用0.5%或者0.1%精度的电阻。本文利用田口方法,对直流简易数字电压表的测量进行了校准和测量系统的误差分析以及测量设备的不确定度评定进行了详细的分析和探讨,在田口方法的基础上通过方差分析及方差贡献率比较进行了直流数字电压表直流电压档的误差因素分析,定量的获得了影响直流数字电压表测量误差的因素,有利于计量部门在评定测量设备的不确定度时可以有所侧重,以使测量设备在最佳的状态下使用,获得最准确的测量结果,得到最符合要求的测量不确定度结果。参考文献[1]范立南,李雪飞.计算机控制系统[M].北京:机械工业出版社,2009.6：36-42[2]范立南,谢子殿.单片机原理及应用教程[M].北京:北京大学出版社,2006.1：123-130[3]宋浩,田丰.单片机原理及应用[M].北京:北京交通大学出版社,2005.4：70-76[4]谭浩强.微机原理及其应用[M].北京:清华大学出版社，2002.5：47-52[5]包婉贞.单片机在智能数字电压表中的应用[J].河海大学学报，2002，9：74-76[5]《中国集成电路大全》编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。北京：国防工业出版社，1985。[6]【美】D.H.Sheinggold编著，模数转换技术，南京：江苏科学出版社，1982.[7]彭介华编著，电子技术课程设计指导[J].北京:高等教育出版社