简易数字显示交流毫伏表(最终定稿).doc

螅蚁简易数字显示交流毫伏表莈蒇摘要:节本系统由高级模拟器件、CPLD,可实现具有自动量程转换功能的真有效值测量、交流频率测量和标准幅度可控的正弦波输出等功能。测量部分具有高输入阻抗(R≥2M,C<),宽频带范围(10HZ-5MHZ ),宽电压范围(1mV-250V),高精度(有效值≤1%,频率<10-6)的优越性能。可满足多方位的需要。蚃关键词:,示意图如图-1所示。蒀衿图-1简易数字显示交流毫伏表示意图莅螂电压测量薂测量电压的频率范围100Hz~500KHz。羇测量电压范围100mV~100V(可分多档量程)。螅要求被测电压数字显示。蒃电压测量误差±5%±2个字。蚃输入阻抗≥1MΩ,输入电容≤50pF(本项可不做测试,在电路设计中给予保证)荿具有超量程自动闪烁功能。芄设计并制作该仪表所需要的直流稳压电源。芃莀将测量电压的频率范围扩展为10Hz~1MHz。蒈将测量电压的范围扩展到10mV~200V。羇交流毫伏表具有自动量程转换功能。羃(5)其他。,我们的硬件电路主要包括输入信号的有效值测量、输入信号的频率测量。其中前两者构成一个测量系统。测量系统包括:信号调理模块、A/D,D/A模块、信号真有效值转换模块、CPLD频率测试模块、算法控制器模块、键盘显示模块、语音播报及打印模块、电源模块等。图-3所示。为实现各模块的功能,分别作了几种不同的设计方案并进行了论证,我们选取了较好的方案实现。莇蚄艿罿螆MSP430F149蒄键盘莀LCD显示肇可编程信号放大器AD603膆高阻抗缓冲器膅莂保护电路荿蚅交流真有效值转换AD637羅12位A/D转换腿信号输入薈频率测量CPLD肄波形整形蚅D/A转换DAC0832芁袀电源螈串口到PC机膂图-3测量系统框图节羈(1)有效值测量部分:膇方案一:用分立元件搭焊高频放大电路,用精密整流电路测量输入信号的真有效值。这种方案成本较低。但是这种电路结构复杂,调试困难,精度低,温漂大,稳定度低。而且,放大电路的放大倍数难以准确控制,导致放大和测量的结果不准确。袂方案二:用优质运算放大器做前级跟随放大,用专用真有效值转换芯片做有效值转换。这种方案成本较高。但是,通过合理的选择各级运放,可以做到电路简单可靠,输入阻抗高、测量精度高、近似无级量程转换的优良性能。聿(2)频率测量部分:膇作为扩展功能对输入交流信号的频率进行测量。要实现快速准确的测量频率,必须要有良好的硬件响应速度和良好的测量策略。薆方案一:用单片机的计数器对基准时钟源进行计数。然后通过计数的比值计算出被测信号的频率。这种方案节省硬件,用一片单片机实现计数,运算等工作。但是,由于单片机内部的计数器所能计数的频率有限,更重要的是开始计数和停止计数难以做到同步,所以,此种方法测得的频率精度低,范围窄。蚂方案二:用8253等专用硬件计数器配合逻辑电路设计一套硬件测量电路。此种电路如果能合理设计,能做到实时性好,测量准确。但是设计起来较为麻烦。需要的硬件多,电路制作复杂。膁方案三:采用CPLD(复杂可编程逻辑器件)编写代码实现频率计数功能。可编程逻辑器件响应速度快可以达到十几纳秒甚至几纳秒,响应频率可以达到几十兆甚至上百兆,可以实现高速计数。可编程逻辑器件可以用代码实现硬件的功能,易于修改,而且性能优于传统的电路连接方式,对于一定规模的数字电路尤其显示了其优越性。葿肆(1)有效值测量部分:莃我们选用方案二:用各种优质运算放大器做信号调理,用有效值转换专用芯片AD637作为有效值测量器件。节(2)频率测量部分:薇我们选用方案三:用CPLD作为硬件平台进行同步计数,然后用单片机进行数据读取、处理。精度可达<10-6,。、保护电路、分压跟随、信号放大、信号真有效值转换、A/D、D/A、CPLD频率测试、算法控制器、键盘、显示、语音播报、打印、电源等十几个模块组成。各部分紧密联系,形成了一套完善的测量系统。,负责输入信号的处理以及测量。图-4为此部分电路图,可分为分压网络,输入缓冲级,高频放大级以及测量级。肁肈图-4有效值测量原理图薈蚄经过分压后的信号一般是比较微弱的,还不能直接去进行真有效值转换,需要放大至合适的幅值。这种放大器应该是可变的,以保证使输入电压都放大到一个合适的幅度。我们设计了两种方案,一种方案是通过继电继来改变串入放大的电路的放大级,通过不同放大倍数的组合来实现更多放大比,这种方法增加了继电器的使用,使得切换时有大量的噪声,且