直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

一、開(kāi)題報(bào)告背景和意義
     智能儀器是儀器儀表的一種，近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件在工程技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智能儀表無(wú)論是在測(cè)量的準(zhǔn)確性、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用功能方面還是在解決測(cè)量技術(shù)與控制技術(shù)問(wèn)題的深度及廣度方面都有了很大的發(fā)展，以一種嶄新的面貌展示在人們的面前。數(shù)字電壓表是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，并被廣泛的應(yīng)用。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡(jiǎn)稱DVM，它是智能儀器中最常見(jiàn)的，是采用數(shù)字化測(cè)量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平數(shù)字電壓表的特點(diǎn)：顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確；傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤(pán)進(jìn)行讀數(shù)，在讀數(shù)過(guò)程中不可避免地會(huì)引入人為的測(cè)量誤差（例如視差），并且容易造成視覺(jué)疲勞。數(shù)字電壓表則采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測(cè)量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測(cè)量結(jié)果就是惟一的，不僅保證讀數(shù)的客觀性與準(zhǔn)確性，還符合人們的讀數(shù)習(xí)慣，能縮短讀數(shù)和記錄的時(shí)間。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)制作我對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、信號(hào)放大、整形、電路顯示等方面知識(shí)得到了提升。通過(guò)實(shí)踐讓我的動(dòng)手能力得到了很大的提高；激發(fā)了我的創(chuàng)新能力。還有在書(shū)寫(xiě)畢業(yè)論文報(bào)告時(shí)我的撰寫(xiě)能力也隨之提高。
二、開(kāi)題報(bào)告任務(wù)的主要內(nèi)容及存在問(wèn)題
本設(shè)計(jì)是基于89C51單片機(jī)的4位半直流數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法。在設(shè)計(jì)中,將充分利用89C51單片機(jī)內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)器和以分立元件組成的A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)良特性,使整個(gè)設(shè)計(jì)達(dá)到了比較滿意的效果。硬件設(shè)計(jì)由電源電路、信號(hào)采集電路、單片機(jī)系統(tǒng)、顯示電路等組成。這個(gè)設(shè)計(jì)是源于2008年浙江省電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題，開(kāi)題報(bào)告要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)直流數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)工作，主要難點(diǎn)在于系統(tǒng)的精確性要求很高。這個(gè)直流電壓表分成兩檔毫伏和伏。毫伏檔可以用來(lái)測(cè)量100毫伏以上的電壓，伏檔可以測(cè)10伏以下的電壓。電路涉及到了A/D的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的采集、單片機(jī)的處理及LCD的顯示等等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)制作。
三、開(kāi)題報(bào)告任務(wù)實(shí)施的思路與方案
設(shè)計(jì)方案：
1、采用數(shù)字專用芯片。主要器件由芯片ICL7106和LCD組成，外加數(shù)據(jù)輸入電路，這種方法是目前數(shù)字萬(wàn)用表常用的測(cè)量電路，外圍電路簡(jiǎn)單。但是這種電路有一個(gè)缺點(diǎn)，就是他的參數(shù)一般是已經(jīng)設(shè)定好的，不容易更改。
2、對(duì)電壓進(jìn)行放大整形、然后采用高精度的AD芯片對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。如采用MAX127對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，然后采用軟件算法對(duì)其進(jìn)行數(shù)字濾波，提高系統(tǒng)的精度。
3、對(duì)電壓進(jìn)行放大整形、然后采用高精度的V/F轉(zhuǎn)換芯片－LM331，將該頻率送入單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
直流電壓表（1）AD轉(zhuǎn)換電路；（2）LCD顯示電路；（3）電源電路；（4）單片機(jī)處理部分。
在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)中，做到了電路設(shè)計(jì)的最小化，即沒(méi)用任何附加邏輯器件做接口電路，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)AD678轉(zhuǎn)換芯片的操作。AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC，由于其內(nèi)部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內(nèi)部時(shí)鐘和三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)輸出等部件，所以只需要很少的外部元件就可以構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而且一次A/D轉(zhuǎn)換僅需要5ms。在電路應(yīng)用中，AD678采用同步工作方式，12位數(shù)字量輸出采用8位操作模式，即12位轉(zhuǎn)換數(shù)字量采用兩次讀取的方式，先讀取其高8位，再讀取其低4位。根據(jù)時(shí)序關(guān)系，在芯片選擇/CS=0時(shí)，轉(zhuǎn)換端/SC由高到低變化一次，即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換一次。再查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束端/EOC，看轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束，若結(jié)束則使輸出使能/OE變低，輸出有效。12位數(shù)字量的讀取則要控制高字節(jié)有效端/HBE，先讀取高字節(jié)，再讀取低字節(jié)。整個(gè)A/D操作大致如此，在實(shí)際開(kāi)發(fā)應(yīng)用中調(diào)整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式，輸入電壓范圍是-5～+5V，根據(jù)公式Vx=10(V)/4096*Dx，即可計(jì)算出所測(cè)電壓Vx值的大小。式中Dx為被測(cè)直流電壓轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量值。已具備條件
我學(xué)過(guò)的課程有《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《電路基本分析》、《電子工藝》等等；我學(xué)過(guò)的相公軟件有Protel99se、Proteus 6、Easy_51Pro_v20、MEDWIN等。我具備了對(duì)51單片機(jī)的基本匯編能力，能對(duì)PCB板的繪制制作。我通過(guò)暑假參加2008年電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)直流電壓表的設(shè)計(jì)制作過(guò)程有了一定的了解。MAX197這塊由美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的多量程( ±10 V, ±5 V, 0～10 V, 0～5 V) 、8通道、12 位高精度的A/D 轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式, 有標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I /O 口用做8 位數(shù)據(jù)總線, 數(shù)據(jù)總線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS 電平兼容。新型A/D 轉(zhuǎn)換器芯片MAX197 與一般A/D 轉(zhuǎn)換器芯片相比, 具有極好的性能價(jià)格比, 僅需要一+5 V 供電, 且外圍電路簡(jiǎn)單, 可簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

圖2 數(shù)字電壓表的電路圖
把一只標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表置于直流200mV檔與表頭IN輸入端并聯(lián)，調(diào)整“交直流電壓校準(zhǔn)”旋鈕使表頭讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)一致（允許誤差 0.5mV），200mV表頭即調(diào)整完畢