积分式直流数字电压表的设计

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1、积分型直流数字电压表的设计学校：陇东学院系别：信息工程学院专业：计算机科学与教育班级：10级1班指导老师：马宏艳姓名：高治章梁明明2积分型直流数字电压表的设计目录摘要……………………………………………………………………3第一部分：系统方案……………………………………………………3第二部分：理论分析与计算…………………………………………4第三部分：电路与程序设计…………………………………………8总结……………………………………………………………………14参考文献………………………………………………………………14附录一主程序流程图………………………………………………15附录二元器件清单……

2、………………………………………………17附录三部分源程序……………………………………………………202摘要：本设计为具有精度高，抗干扰强等优点的双积分式直流数字电压表,A/D转换器部分采用普通元器件构成模拟部分，利用MEGA8单片机借助软件实现数字计数显示功能，同时采用MEGA8单片机编程实现直流电压表量程的自动转换、自动校零、和液晶显示等功能。第一部分系统方案一、总体方案设计与比较方案一：运用三极管产生积分电路，并用继电器控制导通性，并用计数器计数转换，这种电路误差较大，不能自动转换量程。方案二：用运放OP07产生积分电路，同时运用单片机控制模拟开关，从而自动转换，自动调零，同时对输入

3、电压经过分段落处理，也经过放大，比较，来调节其电压，最终通过单片机对电压进行转换并用液晶显示出来，最终达到积分式直流电压表的目的。这种方案积分性好，容易控制，自动化强，精确高。1、      总体电路构成本系统由输入放大与量程转换电路、双积分A/D转换电路、单片机计数控制电路、LCD数字显示器构成。总体结构框图如图1所示。自动校零程控放大比较输出单片机显示积分电路输入电压 电源图1总体电路框图2、工作原理我们小组根据题目要求与发挥部分要求，选择方案二,电压比较器输入电压经过放大电路，比较电路，积分电路，最终把电压18送入单片机进行处理，最终用液晶显示出来。灵活运用单片机控制模拟开关，利用

4、单片机的自动调零，还有实现量程的自动转换的功能，然后，用液晶LCD128*64显示出来。二、各单元电路设计1、程控放大电路：完成输入信号的调理和量程（200mV，2V或更多）的转换。2、自动校零电路：输入电压信号经过信号调理电路（程控放大等）、双积分电路等处理，最后转化成时间信号，单片机将时间量化成数字信号输出。由于外界因素（如温度等）的影响，即使输入的电压信号等于0，输出的数值也不等于0，且数值随外界因素（如温度）的变化而变化，即零点漂移。实际测量值必须减除零点值才能反映真实的输入，完成自动校零功能。3、积分器电路：由运放组成，完成电压－时间的转换。4、控制部分：我们现在利用单片机软件

5、编程与模拟开关硬件控制P1^3将量程分为200mv到2V发挥部分的第2项要求，同时实现自到转换的功能。这达到发挥部分的第7个要求。通过液晶LCD128*64里面数据可以显示达到十进制0~19999的显示功能，这完成发挥部分的第3项。同时再用单片机P1^1实现自动校零的功能。5、显示电路：完成人机对话。6、电源电路：为各电路提供电源。第二部分理论分析与计算 一、输入放大与量程自动转换电路输入电路的主要作用是提高输入阻抗和实现量程的转换。输入电路的核心是输入放大器和模拟开关CD4066组成的量程自动转换电路，如图2所示。TG1、TG2是单片机控制的模拟开关，采用CD4066芯片，控制不同的增

6、益。各种组合分析如下：(1)200mv量程。TG2导通，放大电路被接成电压串联负反馈放大器。放大倍数Af及最大的输出电压Uomx分别为：18图2输入放大与量程自动转换电路Uomx=200mV×20=4V（2）2V量程。TG1导通，此时的电压放大倍数Af及最大的输出电压Uomx分别为：Uomx=200×20=4V由上述计算可见，输入A／D转换器的规范电压为0-4V，同时电路被接成了电压串联负反馈放大器形式，输入电阻高达10000㏁，完全达到题目的要求，电路输入端采用RC低通滤波电路抑制交流干扰。 二、积分式A／D转换器双积分电路是本系统的核心电路，由模拟开关、基准电压源、积分器和比较器构成

7、。其电路原理框图如下图所示。18图3积分式A／D转换器的原理图图3是一个双积分式A／D转换器的原理图。当S1打向Vx时，积分器对Vx进行固定时间（0～T1）的正向积分，当t=T1时，积分器的输出电压为：当S1打向-Vref时，积分器从t=T1时开始对-Vref进行反向积分。反向积分时间为T2=t2-t1，由三要素法可知：所以亦即式（1）式(1)表明反向积分时间T2与输入的模拟信号值Vx成正比。当两次积分完成后，过零比较器输出电平Uo