1、毕业设计文献综述题目基于PIC的直流数字电压表设计专业电子信息工程1前言部分在电量的测量中，频率、电压和电流是三个最基本的被测量，其中电压量是最为经常的被测量。电学参量的测量技术所涉及的范围及广，运用于学校、科研、国防等各种领域，为实验室和工业现场提供测试。而且随着电子技术的不断发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天。数字电压表已成为电压表设计的主要趋势，在当前电压测量系统中起着非常重要的作用。更是在需要测量高精度的电压时，数字电压表就是一种必不可少的测量仪器。电气测量中，电压是一个非常重要的参数。如何精确地测量模拟信号的电压值，一直是电测仪器研究的内容之一。而数字电压表是通用仪器中被广泛使
2、用的一种测试仪器，很多电量或非电量经变化后都需要数字电压表完成测试。因此，数字电压表被普遍地使用于科研和生产测试中。1传统的指针式电压表精度低、功能单一，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表不仅精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。2所以，这种类型的电压表无论在功能和实际应用上都具有传统指针电压表无法比拟的优点，这使得它的开发和应用都具有良好的前景。本文所述的基于PIC的直流数字电压表的设计是根据数据采集的工作原理来实现直流数字电压的测量。测量的范围设置了三种量程，分别是05V，050V，0500V。其精度最小为20MV，具有量程自动切换和过压保护功能
3、。2主题部分21PIC系列单片机的基本概述PIC（PERIPHERALINTERFACECONTROLLER）是用来开发去控制外围设备的一种集成电路（IC）。一种具有分散功能的CPU。相对于人类来说，大脑就是CPU。PIC的共享部分就相当于人的神经系统。它们的最高操作频率都在20MHZ左右，用来写程序的存储器容量大约1K4K字节。3PIC系列单片机的主要特点由1总线结构PIC的总线结构是哈佛结构，指令空间和数据空间是完全分开的。一个用于指令，一个用于数据，正因为可以对程序和数据进行同时访问，这样就大大提高了数据的吞吐率。2流水线结构PIC的取指和执行采用双指令流水线结构，当一条指令被执行时，下
4、一条指令就被同时取出,单周期指令就这样被实现了。3寄存器组PIC所有的寄存器，如I/O端口,定时器和程序计数器等采用的都是RAM结构形式，而且都只需要一个指令周期就能完成访问和操作。3PIC系列单片机的最大特点是不搞纯粹的功能堆积，而是从实际出发，注重产品的性能与价格比。为了满足不同层次的应用要求，PIC系列单片机发展了多种型号。因此PIC在电子产品的设计和研究领域得到了广泛使用。22数字电压表的基本概述和发展史数字电压表是利用AD转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字形式显示测量结果的电子测量仪表。它是诸多数字化仪表的基础与核心,电压表的数字化是将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离
5、散的数字形式并加以显示,这就明显地区别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法。避免了读数因视差和视觉疲劳而产生的误差。目前，A/D转换器是数字电压表的内部核心部件,转换器的精度很大程度上影响着数字电压表的准确度,数字式电压表是由高阻抗电压表头与分压电路组成的。4测量仪表数字化阶段开始出现在20世纪50年代。那时候数字电压表的特点是运用各种原理来实现数模转换。由于精密点测量的需求，数字电压表开始向高精度、高位数方向发展，于是出现了所谓复合型原理的仪表。如1971年日本研制的TR6567；1973年英国研制的SM215。从此电压表进入了高精度阶段。在后来，由于电子技术、大规模集成电路及计算机技术的发
6、展，人们很快就研制出了微处理器数字电压表。实现了数字电压表可变程序和数据自动化处理。此后，数字电压表就进入了智能化阶段。523设计的方案比较那种采用双积分式模/数转换器为核心器件的电压表称为双积分式电压表。在一个测量周期内，将被测电压UI加到积分器的输入端，在确定时间内进行积分。然后切断输入电压。接着在积分器的输入端加电压U，此电压与UI极性相反，进行定值积分，由于积分方向相反，直到积分输出达到起始电平为止。从而将UI转换成时间间隔量进行测量。这时用计数器累计起来的时间间隔内的脉冲数就是UI之值。这种设计的电路简单，便于维护。但电压表的测量精度完全受到模/数转换的精度的控制，而且系统无升级空间
7、。由ASIC芯片和外围硬件设备组成的数字电压表系统通常具有灵活性不强等缺陷。AD转换器在控制ASIC所提供的时序信号作用下，将输入的模拟信号进行转换，转换结果再经过控制核心进行运算和处理，最后数字电压信号由驱动输出装置显示出来。由于系统功能由ASIC硬件结构决定，所以其功能难以更新和扩展。6采用现场可编程门阵列（FPGA）作为系统的控制核心，是当今电子产品的发展的热门方向。系统尽可能地将所有器件集成在FPGA芯片上，这样使体积大大减小了而且集成度高、可靠性强。要做一个关于FPGA的设计，设计者必须具备软件兼硬件工程师的素质，而且要对时序电路和所使用的FPGA芯片的内部结构以及FPGA周边硬件和
8、所在系统非常了解。但在目前电子行业真正懂得FPGA设计的工程师非常紧缺。这就使设计的要求非常苛刻，而且FPGA的价格很贵，稳定性和相同条件下的布线成功率差。7利用PIC单片机系统、模数转换芯片、显示模块等部件结合构建而成的数字电压表在现阶段得到了广泛应用。由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多不同功能的应用电路来。它具有体积小，驱动电流小，动作快，操作快，结构简单等优点。此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端和被测量电压的输入端分别输入基准电压和被测电压。模数（A/D）转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机
9、系列进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按时序送入显示电路模块并加以显示。8基于PIC单片机设计的直流数字电压表继承了前面各种设计方案的基本优点，而且改进了其他方案可能会出现的不灵活、难以在原基础上进行功能扩展等缺陷。因此我觉得采用基于PIC单片机来设计直流数字电压表是最合适和可取的方案。24数字电压表的特点在文献13浅谈数字电压表的特点中我们可以概括得到数字电压表的特点主要由以下几点1）直观、准确。电压表的数字化，是连续的模拟量（如直流电压）转换为不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的指与
10、刻盘进行读书的方法，避免了读数时因视差和视觉疲劳而产生的误差。2）显示范围广，分辨力高。传统的刻度指针表的分辨力，是由刻度盘的细度来体现的，可是在一定条件下刻度盘无法分得很细，太细了视觉分辨也很困难。而数字电压表目前可以做到从25到105。3）转入阻抗。数字电压表的转入阻抗可高达（1104）欧姆。转入阻抗越高，所吸收被测信号的电流就越小，所带来的附加误差极小，可以忽略。4）集成度高、功耗小、抗干扰能力强。由于COMS技术的发展和完善，集成电路的功耗变得很小，即发热量很小。这样就可以使更多的元件集成在同一块芯片上，形成大规模或超大规模集成电路。不仅仪表小巧而且功能齐全，则其他如手机、袖珍电脑等也
11、得以诞生。5）可扩展能力强。直流数字电压表本身可以扩展成交流电压表、交直电流表、峰值表、功率表等还可以附加智能化。例如计算、保持、比较数字、设定时间，设定上、下量限及自动控制等多种功能。1325使用电压表时应注意的问题电压表的使用虽然简单，但还是要注意一下几个方面1）估计被测电压值，选择合适的量程。2）电压表内阻很大，相当于开关断开，应与被测用电器并联，不能串联。3）从正接线柱流入，负接线柱流出。4）电压表可以直接连接在电源的两极。1426现阶段数字电压表存在的缺陷1）驱动电压高。2）耗电高。3）不便于观察连续性变化量。4）由于各厂家均为自行开发专用单片机，存在产品兼容性差，维修困难。15以上
12、出现的问题将在今后电压表的进一步发展中得到逐一解决。27数字电压表的发展趋势采用新技术、新工艺所制成的数字电压表大量问世，标志着电子仪器领域的一次革新，也开创了现代电子测量技术的先河。新型数字电压表的发展主要有五个方向1）广泛采用新技术，不断开发新产品。2）向模块化发展。新一代数字电压表正朝着标准模块化的方向发展。预计在不久将来，许多数字仪器将由标准化、通用化、系列化的模块构成，在电路设计和安装调试、维修等方面带来极大方便。同时表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）将得到普遍使用。此项技术被誉为世界电子工艺技术的一项重大突破。所谓表面安装是将微型化的表面安装集成电路（SMTC）和表面
13、安装元件，用粘贴工艺的方法直接安装在印刷版上，再用波峰焊接机焊接，由此取代传统的打孔焊接工艺，使印刷版安装密度大大增加，可靠性也得到显注提高。3）多重仪表显示。彻底解决数字仪表不便于观察连性变化量的技术难题。“数字/模拟条图”双显示仪表已成为全球的流行款式，它兼有数字仪表准确度高、模拟式仪表便于观察被测量的变化过程及变化趋势的两大优点。模拟条图大致分为三类液晶（LCD）条图，呈断续的条状，这种显示器分辨力高、体积小、微功耗、低压驱动，在电池供电小型化仪表中广泛适用。等离子（PDP）光柱显示器，其优点是自身发光、亮度高、显示清晰、观察距离远、分辨率较高。LED光柱，它是由多只发光二极管排列而成。
14、这种显示器的亮度高、成本低。4）安全性。对于生产厂家和广大用户来说对仪器仪表在设计和使用中的安全性是至关重要的问题。一方面厂家必须为仪表设计符合国际标准（例如美国UL认证，欧洲GS认证，ISO9001国际标准质量认证）的安全保护电路；另一方面用户必须按照仪表上的各种安全警告警示进行安全操作。仪表的保护电路最大限度的减小或防止因误操作而造成的不必要的危害。5）操作简单化。1528评述针对基于单片机数字电压表的设计，电子研究界的诸多学者也从不同方面对其进行了研究和设计。如在仪表技术2007年第04期中，王伟，刘晓平等发表的论文高精度数字电压表方案设计详细介绍了基于单片机数字电压表的工作的基本原理。
15、王珂（2010年4月）在基于AT89C51数字电压表的仿真中介绍了数字电压表具有抗干扰能力测量速度快、测量精度高等特点，还介绍了PROTEUS仿真软件的使用。可见基于单片机设计的数字电压表在学术界已经得到了广泛认可。随着PIC单片机在内部结构，功耗、封装及电源电压，工艺等方面的进步，则基于PIC设计的直流数字电压表也将在结构简单化，使用方便化，功能强大化等各方面得到进一步提升。3总结部分基于单片机的数字电压表无论在理论上还是实践使用中都已经得到了会计界诸多学者专家的关注与研究。对于电子测量器材是否能够全面、系统、正确地显示电子系统的真实情况，数字产品的使用者更加关注某些精度低、功能单一、速度缓
16、慢等缺点的揭示，从而一个精度高、抗干扰能力强、可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信的基于PIC的直流数字电压表已成为当今一种普遍被使用和认可的数字测量器材，在今后的开发和研究中都具有良好的前景。4参考文献1韦晓艳基于单片机数字电压表的硬件设计D学术论文,20102甘本鑫，苏红艳基于单片机交直流数字电压表的设计J科技信息,2008,323王有绪，许杰，李拉成PIC系列单片机接口技术及应用系统设计M北京北京航空航天大学出版社，20014王珂基于AT89C51数字电压表的仿真J滩坊学院学报,2010,10（02）5骆旭坤基于ARV单片机实现积分式直流数字电压表J黎明职业大学学报,2008,0
17、16陈世夏，纪明霞，戚甫峰基于CPLD的数字电压表设计现代电子技术2010，117边晶莹基于FPGA的新型数字电压表设计J，技术频道，20108武凌，石宇基于PIC的直流电压测量计J现代电子技术，2003，209孙秀桂，段丙林,张洪斌基于虚拟仪器的直流电压表设计J电子测试,2010,710严世胜,钟承尧单片机直流数字电压表设计J海南师范大学学报（自然科学版）,2010,23（01）11王伟，刘晓平高精度数字电压表方案设计J仪表技术,2007,0412冯博琴,吴宁微型计算机原理与接口技术M北京清华大学出版社,200913柳金龙浅谈数字电压表的特点J科普长廊,2009,0414胡卓敏，王丽娟基于STC89C51单片机的数字电压表设计J电子元器件应用，2009，11（11）15MLSANDERSONELECTRICALMEASUREMENTSJINSTRUMENTATIONREFERENCEBOOK,2010，0716DOGANIBRAHIMPICMICROCONTROLLERPROJECTDEVELOPMENTJPICBASICPROJECT,2006,4979
