电子系统综合设计课程论文-数字电压表设计.doc

2012年6月26日
电子系统综合设计课程论文
数字电压表
专业: 测控技术与仪器
年级: 2010级
作者

指导教师:
武汉大学电子信息学院学院
目录
1. 作品背景与意义 1
2. 功能指标设计 1
3. 作品方案设计 1
总体方案的选择 1
控制方案的选择 2
显示方案的选择 4
A/D数模转换器的选择 6
4. 硬件设计 7
5. 软件设计 8
基本功能的软件设计 9
AD初始化函数 9
AD启动函数 9
LCD初始化函数 9
LCD数据输出函数 10
分频器启动函数 10
延时函数 10
扩展功能的软件设计 11
按键扫描函数 11
开关机函数 11
Hold与解除Hold功能 11
报警功能 11
欢迎和结束语显示 11
系统测试 12
测试环境 12
测试步骤 12
测试数据 12
数据处理 12
测试结论 12
参考文献 13
附录1 系统电路图 14
附录2 系统软件代码 15
附录3 系统器件清单 20
作品背景与意义
数字电压表出现在50年代初,60年代末发起来的电压测量仪表,简称DVM。它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后再通过显示器件显示。这种电子测量的仪表之所以出现,一方面是由于电子计算机的应用逐渐推广到系统的自动控制信实验研究的领域,提出了将各种被观察量或被控制量转换成数码的要求,即为了实时控制及数据处理的需要;另一方面,也是电子计算机的发展,带动了脉冲数字电路技术的进步,为数字化仪表的出现提供了条件。所以,数字化测理仪表的产生与发展与电子计算机的发展是密切相关的;同时,为革新电子测量中的烦锁和陈旧方式也催促了它的飞速发展,如今,它又成为向智能化仪表发展的必要桥梁。
如今,数字电压表已绝大部分取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一、精度低,读数的时候也非常不方便,很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高、速度快,读数时也非常方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,显示出强大的生命力。
数字电压表最初是伺服步进电子管比较式,其优点是准确度比较高,但是采样速度慢,重量达几十公斤,体积大。继之出现了斜波式电压表,它的速度方面稍有提高,但是准确度低,稳定性差,再后来出现了比较式仪表改进逐次渐近式结构,它不仅保持了比较式准确度高的优点,而且速度也有了很大的提高,但它有一缺点是抗干扰能力差,很容易受到外界各种因素的影响。随后,在斜波式的基础上双引伸出阶梯波式,它的唯一的进步是成本降低了,可是准确宽,速以及抗干扰能力都未能提高。而现在,数字电压表的发展已经是非常的成熟,就原理来讲,它从原来的一,二种已发展到多种,在功能上讲,则从测单一参数发展到能测多种参数;从制作元件来看,发展到了集成电路,准确度已经有了很大的提高,精度高达1nV;读数每秒几万次,而相对以前,它的价格也有了降低了很多。
功能指标设计
;
±1LSB,由于5V电压在AD转换器中分为255份,故精度为1LSB=5/255≈;
(时钟为640kHz时),130μs(时钟为500kHz时)。
作品方案设计
总体方案的选择
我们主要是是利用单片机系统与与其模数转换功能、显示模块等的结合构建数字电压表。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,可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理选用单片机的外部参考电压
Vref为模数(A/D)转换功能的基准电压端,被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换功能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,然后通过对单片机系统进行软件编程,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的值。最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。总体设计的模块图见图1.

89C51单片机
ADC0809 模数转换器器
LCD602 液晶显示器
输入电压
74LS393 分频器
按键模块
图1. 模块图
控制方案选择
在这一设计中,我们涉及到了一个关键系统模块——单片机系统模块,而目前单片机的种类是很繁多的,