1、数字电压表的设计,1. 方案选择2. A/D转换接口电路设计3. 放大电路设计4. 显示电路设计5. 自检与自动校准、自动量程转换电路设计6. 外部通讯接口7. 基本要求8. 扩展要求,1. 方案选择,全硬件实现；基于单片机实现；1.1 全硬件实现选择具有直接驱动LED或LCD显示的A/D转换器，其工作过程完全由硬件控制。该类ADC如ICL7106。原理框图,1. 方案选择,1.1 基于单片机实现方案要点选择合适的A/D转换器；工作过程由单片机软件控制；优点：扩展功能；数据处理；外部数据通讯原理框图,2. A/D转换接口电路设计,ADC类型：数字电压表中常采用双积分式ADC。具有较高的抗干扰特
2、性。分辨力与转换速度：1216bit或31/241/2 ；几次几百次/秒。启动信号：输出接口的某个位；单片机中可采用具有位操作的口线，如P1x。转换状态信号：查询方式：通过输入接口的某个位读取转换状态信号； 通过单片机具有位操作的口线读取，如P1x。中断方式：将转换状态信号用作中断信号。,2. A/D转换接口电路设计,参考（基准）电压：根据双积分A/D转换原理，需要一个参考电压，对于没有内部基准的ADC，需外部提供。需注意基准电压源的温度系数。如对于16bit ADC，1LSB=1/216=1/65536=15ppm，即基准电压源的温度系数应好于15ppm。参考时钟：一般可采用外部晶体振荡器构
3、成。A/D转换结果的数字量读取：二进制或十进制；输出编码方式；并行或串行；内部输出锁存；对8位单片机需用软件两次读取。溢出、极性：A/D转换结果除数字量外，一般还有溢出位和极性位。积分电容、积分电阻：基本关系式：,3. 放大电路设计,仪用放大器（IA，Instrument Amplifier）基本结构：增益公式,3. 放大电路设计,特点：三运放结构；高共模抑制比；双端差分输入单端输出；通常改变电阻R1，可改变增益；设计选型采用三运放构成，如OP07；采用集成IA，如AD620、PGA系列；对于小信号放大，通常采用两级放大。,4. 显示电路设计,显示方式选择：静态显示/动态扫描；对于34位数字电
4、压表，可采用静态显示方式显示器件：LED或LCD静态显示接口设计：BCD七段码译码器；驱动器；锁存器；通常：采用集成化器件，即译码器+驱动器+锁存器，如常用的CD4511。注意：加限流电阻。,自检与自动校准、自动量程转换电路设计,自检输入为已知的参考电压或接地（0V），检测A/D转换结果。多个量程的自检，需要不同的参考电压。参考电压大小一般可设置为8090%FS。通过多路转换开关（MUX）切换参考电压和被测电压。自动校准测量电路、内部器件存在零点和增益的漂移。校准原理：,5. 自检与自动校准、自动量程转换电路设计,校准过程：（1）零点校准：（2）参考电压校准：（3）接入被测电压：校准后结果：,
5、5. 自检与自动校准、自动量程转换电路设计,自动量程转换当被测电压变化时，选择合适的输入放大器增益，充分利用A/D转换器的动态范围，有利于提高测量分辨力。改换量程方式：手动、自动。自动量程转换原理： 注：相邻量程之间应有一定重叠。,6. 外部通讯接口,常用接口方式：RS-232、EPP、USBRS-232:电平转换；设计：UART芯片（如8250）或单片机的UART（最简单的三线串口：发送、接收、信号地）。通讯规约：自定义需考虑引导头、数据块、校验码等。实现软件编程。,7. 基本要求,1. 基本功能：数字电压表的电压测量。2. 注重独立完成资料查阅、方案设计、原理设计、器件选型、实验板制作、调试、测试、分析、撰写设计报告的全过程训练。3. 可参考已有设计或其它同学设计，但必须对设计方案和原理进行较细致的阐述。4. 分辨力： 31/241/2 或12bit16bit。5. 量程：4档，可手动切换。6. 设计报告：按科技文献的规范化要求撰写。应有测试数据及误差分析。,8. 扩展要求,除基本要求外，包括以下一项或多项：1. 电流或电阻测量功能；2. 自检；3. 校准；4. 自动量程转换；5. LCD显示；6. 外部通讯接口；6. 较好的设计工艺，具有一定的实用价值；7. 设计报告规范、完整、图表齐全、逻辑性强、可读性好、数据分析正确。,
