7.第三章 结果与讨论.doc

第三章硬件电路设计 电压测量电路如图 所示,被测电压( 0-200V )从 DCV 端输入,通过单片机控制模拟开关 CD4052 选择相应的量程,将被测电压值衰减到 0-200mV ,然后在经过由精密运算放大器 OP07 组成的放大电路, 将电压值放大 10 倍后输入到 A/D 转换器 MC14433 的 Vin 端。分压电阻采用误差为± % 的精密金属膜电阻。图 直流电压测量电路在实践中采用该方案时,若输入信号小于正 5 伏,结果正确,但是当输入信号大于正 5 伏时, 模拟开关 CD4052 和集成运放 OP07CP 均工作不正常。向老师请教后, 得知该方案中, 输入信号不经过任何衰竭直接加在模拟开关的 1脚, 使模拟开关处于不受保护的状态, 当输入信号为大信号时,可能会使模拟开关工作不正常,甚至烧毁模拟开关, 且模拟开关与运放直接相连,导致运放处于不受保护的工作状态。为了解决这些问题,我修改了设计电路。如下图 所示,该电路输入信号经过 100 千欧的电阻, 从集成运放的反相输入端输入, 由电阻、模拟开关和运放组成放大倍数可调的比例电路, 并且这个 100 千欧的电阻还可以起到限流的作用, 成功的解决了原电路的弊端。实践证明, 该电路可以达到任务书的要求。图 改进后的直流电压测量电路 直流与交流的转换电路方案一: 半波整流电路。利用二极管的单向导电性, 可以很容易的得到直流电压,且能满足设计要求。方案二: 采用真有效值转换芯片, 性能参数方面也都能满足设计要求, 并且还能测量非正弦波,但一般真有效值转换芯片价格比较贵。鉴于此,故采用方案一。如图 所示, 这个电路是利用低漂移单运算放大器 TL062 与二极管 D1 1N4148 组成平均值响应的线性半波整流电路。该电路可避免二极管在小信号整理时所引起的非线性误差,使交流/ 直流转换电路的输入电压与输出电压成线性关系,适合测量 40-400Hz 的正弦电压,测量准确度优于± 1%。图 交流/ 直流转换电路图 电阻与电压的转换电路方案一: 利用运算放大器采用反相比例运算的方法进行测量。该方法实现比较简单,且能满足设计要求。方案二: 采用分压原理, 利用流过标准电阻 R0 和被测电阻 Rx 的电流基本相等来得到电压与电阻的关系,但当电阻很小时电流过大。鉴于此,故采用方案一。如图 所示。稳压二极管 1N4730A 的稳压值为 (即B 点处电压值), 采用运算放大器反相比例运算的方法,将B 点处的电压值衰减到 2V (即 A 点处电压值), 单片机通过控制模拟开关 MAX4618 ( 超低导通电阻) 选择适当的标准参照电阻 R 1 ,再利用运算放大器反相比例运算的方法, 将被测电阻 R X 的阻值转换成与之相对应的电压量,输入 A/D 转换电路。电阻/ 电压转换电路的计算公式: U A /R 1 =U in /R x, 推得: R x =R 1*U in/U A。图 电阻/ 电压转换电路图 A/D 转换电路 A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要, 它的参数关系到测量电路性能。所以我依据设计性能指标要求, 并综合 A/D 转换器的性能指标和价格选择了 ICL710 6和 MC1443 3 这两个 A/D 转换器作为候选芯片。 ICL710 6 的输入阻抗为 10 10Ω, 转换速率为 -15 次/s, 转换准确度为± % ±1 个字; MC14433 的输入阻抗为 10 9Ω,转换速率为 3-10 次/s ,转换准确度为± % ±1 个字, 因此这两块芯片的性能指标大大超过设计要求的性能指标。由于以上我们经过论证, MC14433 为更好的选择,所以我们选用 MC14433 作为我们的 A/D 转换芯片。 MC14433 是美国摩托罗拉( Motorola )S 单片 3 1/2 位 A/D 转换器,也是目前国内外数字式多用表中普遍采用的一种芯片。 MC14433 的主要特点: (1) 工作电压为± - ± 8V。一般选典型值± 5V, 工作电流小于 2mA , 功耗为 8mW 。(2) 输入阻抗为 10 9Ω,转换速率为 3-10 次/s ,转换准确度为± % ±1 个字。(3) 采用 CMOS 工艺制成的大规模集成电路(LSI) 。(4) 芯片内部设有时钟振荡器,使用时仅需外接一只振荡电阻。亦可采用外部时钟输入方式,时钟频率范围大约为 48kHz-160kHz 。(5) 有多路调制的 BCD 码输出,可直接配微型计算机或打印机。(6) 具有超量程、欠量程指示信号,便于实现自动量程转换。(7) 能增加读数保持功能。(8