积分式直流数字电压表

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1、积分式直流数字电压表（G题）20摘要:此设计是基于AT89S52单片机和高精度A/D芯片ADC7705制作的积分式直流数字电压表，其中A/D为16位，精确度最高可达0.05mV，该型数字电压表测量电压类型是直流，测量范围是0～3V，分为0--200mV和200mV—3V两个档位，量程可以自动转换。整个电压表设计有精度高、电路简洁、布局合理等优点，并且具有适时自动校准功能，以适应周边环境变化。在电压输入端，使用运算放大器作为输入缓冲级，因而具有输入电阻大，抗干扰能力强、线性度好等特点。在电压采样方面，应用多次采集求平

2、均值的方法以获得精度较高的采样值，再进行运算处理和显示。显示部分选用了液晶显示屏，在达到5位数字显示的同时还可以显示单位等。开机设有欢迎界面。本电压表设计简洁，测量精度高，稳定性好，完全达到了题目基本部分和发挥部分要求。一、设计方案与比较方案一:使用ADC0809(8位并口)作为A/D，用AT89S52单片机进行数据处理，结果送给数码管显示出来。输入部分直接使用电阻分压、阻容积分，再耦合到A/D转换。此设计优点是电路简单、元器件少、编程容易。但是做出的电压表精度不高，显示位数少，输入电阻小。分压和积分电路ADC08

3、09LEDAT89S52电源图1方案一原理框图方案二:在电压输入部分增加运算放大器作为输入缓冲，选用16位串口A/D芯片ADC7705，AT89S52单片机，显示部分使用液晶屏幕。此设计方案优点：测量精度大大提高，显示达到5位，输入电阻远远超过1M。缺点：电路复杂、编程难度增大。电压跟随与预处理电路积分电路A/D采样单片机控制数据处理双稳态开关电路电源液晶显示输入图2方案二原理框图经过分析比较选用了方案二作为本次电压表的设计方案。20选用电压型运算放大器LF356作为输入缓冲，转换的电压经过积分后分压送至A/D，由

4、A/D芯片对电压采样，数据送单片机处理后给液晶显示。AT89S52单片机是目前使用最广泛的单片机种类，功能强大，价格便宜。所以选用此单片机制作电压表。显示部分选用液晶屏幕，减小电路板面积，提高分辨率。二、电路结构与原理2.1系统原理方框图如图2所示，待测的电压由输入端的电压跟随运放电路转换成线性比例的模拟量，再对模拟电压进行积分处理和分压后送至A/D转换芯片，采样获得数据，经过单片机对数据进行运算处理后，由液晶显示出所测电压值。输入部分分别串、并接入适当大小的阻容元件，减少工频干扰。积分电路主要作用是抑制电压的波动

5、，使得数据采集比较平稳，显示数值比较稳定。双稳态开关电路是一个一键控制的开关电路，用于控制电压表的电源。2.1.1电压跟随电路运算放大器LF356具有良好电压线性放大效果，输入电阻大。设计电路如下图所示。通过调节可调电阻RB2的大小可改变运放的电压放大倍数，用于机械调零。LF356的正输入端（3脚）作为电压输入端，并一电阻和电容接地。图3LF356电路2.1.2A/D芯片基准电压A/D转换芯片的基准电压影响模数转换的结果，同时基准电压可用于系统自动校零，故其电压值要准确、稳定，选用了可微调稳压二极管LF336得到2

6、.5V电压，分压后获得1.225V基准电压。图4基准电压电路2.1.3单片机最小系统电路和电源20单片机和ADC7705要求工作电压为5V，选用三端稳压管LF7805CV把9V电源稳压到5V，由于单片机功率很小，所以稳压管无须加散热片。图5单片机最小系统电路2.1.4积分电路由运算放大器LF356、可调电阻、耦合电容等元件组成(参见图3)，运放输出端由电容耦合到放大器的负输入端，再经过电阻接地，从而组成积分放大电路，放大输出电压经过电阻分压、电容积分后送A/D。放大器的放大倍数可通过调节负反馈电阻的大小改变，积分度

7、可通过调整电容和接地电阻的大小改变。2.1.5A/D采样电路A/D采样电路是由芯片ADC7705、时钟电路、基准电压电路和相应阻容元件构成，时钟频率为4.0MHZ，参考电压设为1.225V，+5V供电，如图6所示。图6A/D采样电路202.1.6双稳态开关电路分立元件构成的双稳态触发开关电路，可以由一个按键控制电源的开关，也可以由单片机发送触发电平关机，从而实现自动关机功能（长时间无操作关机）。图7双稳态开关电路2.2系统设计总原理图积分式数字电压表设计总图(包括单片机最小系统电路、PC接口电路、A/D接口电路、积

8、分电路、开关电路和电源电路)，如附件一。三、理论分析与计算3.1电压表分辨率（A/D转换精度）ADC7705为16位数模转换芯片，每个单位量i=1/65535，基准电压为1.225V，每个单位量的电压量j=1.225V/65535，量程设计为0—3V，精确度可以计算为：ξ=3V/1.225V*j=3V/65535=0.V=0.046mV所以分辨率很高。3.2