交流数字电压表

null交流数字电压表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一、课程设计的基本要求1、遵守作息时间：上午8：00~11：30 下午1：30~4:30 2、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、 算法研究和整体的拟定等；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、设计提示四、设计提示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。 四、设计提示四、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、设计提示四、设计提示(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。 四、设计提示四、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、设计提示四、设计提示 交流数字电压表的组成框图四、设计提示四、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， 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、设计提示四、设计提示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： 四、设计提示四、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=100Ω时，计算出R4=900 Ω、R5=9KΩ(可用 470+430和470K+430K实现)。四、设计提示四、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、设计提示四、设计提示全波整流波形图 四、设计提示四、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、设计提示四、设计提示交直流转换后的波形 四、设计提示四、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。四、设计提示四、设计提示可变增益放大电路四、设计提示四、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、设计提示四、设计提示ADC0804测试图四、设计提示四、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0.2V~1.98V，转换后的相应的二进制数为0AH~63H。将转换后的二进制数作为存储器的地址，而把相应的BCD码值填入到存储单元中，一旦选中了地址，相应的数据就被取出，并送到显示译码器中。这部分不详细介绍。四、设计提示四、设计提示8、显示译码及显示 用4511作为显示译码器，推动 数码管显示出被测电压值。 9、量程显示电路 对应不同的输入电压，应用发光二极管来指示所测电压的量程范围。由同学自行设计。