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首页基于单片机STC89C51的数字式交流电压表的设计
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内江师范学院物理与电子信息工程学院 2008 级课程设计
一、引言......................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......2
二、设计任务及方案论证......................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
2.1、设计任务...........................................................................................................................................2
2.2、方案论证...........................................................................................................................................3
三、电路设计原理与实验电路.............................................. ...........4
3.1 硬件系统设计......................................................................................................................................4
3.2 单元模块..............................................................................................................................................4
3.2.1 电压信号衰减的设计...................................................................................................................4
3.2.2 量程切换的设计...........................................................................................................................5
3.2.3 检波滤波的设计..........................................................................................................................6
3.2.4 调零的设计..................................................................................................................................6
3.2.5 A/D 转换与控制系统的设计.......................................................................................................7
3.2.6 显示电路的设计..........................................................................................................................8
3.2.7 电源的设计..................................................................................................................................9
3.2.8 软件系统的设计..........................................................................................................................9
四、电路板的制作及电路焊接与调试......................... . . . . . . . . . . . . . . . . ....10
4.1 电路板的制作....................................................................................................................................10
4.2 电路的安装........................................................................................................................................10
4.3 电路的调试........................................................................................................................................10
五 、结 论....................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...................... ..................12
六、参考文献......................... . . . . . . . . . . . . . . . . ...................... .................13
七、鸣谢......................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......13
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内江师范学院物理与电子信息工程学院 2008 级课程设计
八、附录......................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......13
8.1 元件清单............................................................................................................................................13
8.2 原理图和 PCB 图..............................................................................................................................15
8.3 作品照片............................................................................................................................................17
一、引言
电压表是一种在实验室、教学和日常测量场合中使用广泛的一种仪器。传
统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足现代测量的要求,而数字电压
表却有着显著的优势。数字电压表又简称 DVM,它是采用数字化测量技术,把
连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式加以显示的仪表。 本文中以
AT89S52 为核心,可实现电压表量程的自动转换,采用 LM324 运算放大器和集
成四路双选通模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术,采用 ADC0804 实
现模拟量与数字量间的转换技术,它具有体积小,驱动电流小,动作快,结构
简单,操作方便的优点,可用于实验教学中。
二、设计任务及方案论证
2.1、设计任务
1.电压测量范围:0~500 V;
2.测量精度:5%;
3.量程自动切换;
4.单片机控制系统;
5.采用 4 位 LED 显示;
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2.2、方案论证
方案一:
采用以 MC14433 作为核心,MC14433 是一个低功耗 3 位双积分式 A/D
转换器,主要由模拟部分和数字部分组成。MC14433 的模拟部分首先对输入信
号进行电压—时间的转换,经比较器作零电平检测后由数字部分对反积分时间
进行计数,并输出相应位的脉冲信号经解码器由 LED 显示,该方案集成度较高,
精度较高,但由于 MC14433 要实现显示还需配合其他驱动芯片,使得整个硬件
电路板布线复杂,加重设计工作,故不予采用。
方案二:
采用单片机为核心实现其功能:原理框图如图 1 所示:
该方案主要是通过单片机中来实现档位的自动切换功能,在程序运行的过
程中通过计算得出数据自动切换量程,主要通过 I/O 端口读取转换数据,经计
算送 LED 显示数据,通过对 10 取余和取整来得出数据,简易实现自动切换档
位的功能,经过单片机处理后的数据来控制 LED 中显示出相应的数据。该方案
的集成度高,抗干扰能力强,精度高,实现功能简单,故本设计采用该方案。
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三、电路设计原理与实验电路
3.1 硬件系统设计
在硬件电路设计中多次采用电容滤波来消除干扰,同时采用差动放大电路
实现调零与跟随器解决信号传输中的衰减问题。整个硬件系统主要由以下几部
分组成:
(1)电压信号衰减电路:将输人的 0~500 V 被测电压信号衰减成 0~5 V。
(2)量程自动切换电路:由单片机控制完成信号量程选择。
(3)检波滤波电路:将量程选择后的电压信号变换成直流,再经电容滤波滤除直
流中纹波。
(4)模数转换及控制电路:完成对模拟信号的采集、模数转换、数据处理和对系
统的控制。
(5)显示器:由 PNP 型三极管 9012 和 4 位数码管组成,将测量的电压信号显示
出来。
(6)整流电路:将交流电整流成直流电,作为电源给数字电压表供电。
3.2 单元模块
3.2.1 电压信号衰减的设计
电压信号衰减电路如图 2 所示。为了在输入大电压时不损坏电压表内部器
件先对电压进行衰减,将电压信号控制在 5V 以内,该设计中用输入阻抗进行
1:100 衰减,为防止衰减后信号电压过小,又通过运算放大电路以及多路模拟
开关 CD4502 进行信号放大,其中的 4.3 V 稳压管起过压保护作用。
相关参数计算公式:
4
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