直流数字电压表的设计开题报告

一、开题报告背景和意义
     智能仪器是仪器仪表的一种，近年来计算机技术及微电子器件在工程技术中应用十分广泛，在此基础上发展起来的智能仪表无论是在测量的准确性、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用功能方面还是在解决测量技术与控制技术问题的深度及广度方面都有了很大的发展，以一种崭新的面貌展示在人们的面前。数字电压表是在此基础上发展起来，并被广泛的应用。数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是智能仪器中最常见的，是采用数字化测量技术，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平数字电压表的特点：显示清晰直观，读数准确；传统的模拟式仪表必须借助于指针和刻度盘进行读数，在读数过程中不可避免地会引入人为的测量误差（例如视差），并且容易造成视觉疲劳。数字电压表则采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是惟一的，不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间。通过这个设计制作我对数模转换、单片机、信号放大、整形、电路显示等方面知识得到了提升。通过实践让我的动手能力得到了很大的提高；激发了我的创新能力。还有在书写毕业论文报告时我的撰写能力也随之提高。
二、开题报告任务的主要内容及存在问题
本设计是基于89C51单片机的4位半直流数字电压表设计的设计思路及实现方法。在设计中,将充分利用89C51单片机内部的高速计数器和以分立元件组成的A/D转换器的优良特性,使整个设计达到了比较满意的效果。硬件设计由电源电路、信号采集电路、单片机系统、显示电路等组成。这个设计是源于2008年浙江省电子设计竞赛试题，开题报告要求实现一个直流数字电压表设计工作，主要难点在于系统的精确性要求很高。这个直流电压表分成两档毫伏和伏。毫伏档可以用来测量100毫伏以上的电压，伏档可以测10伏以下的电压。电路涉及到了A/D的转换、信号的采集、单片机的处理及LCD的显示等等环节设计制作。
三、开题报告任务实施的思路与方案
设计方案：
1、采用数字专用芯片。主要器件由芯片ICL7106和LCD组成，外加数据输入电路，这种方法是目前数字万用表常用的测量电路，外围电路简单。但是这种电路有一个缺点，就是他的参数一般是已经设定好的，不容易更改。
2、对电压进行放大整形、然后采用高精度的AD芯片对其进行测量。如采用MAX127对其进行测量，然后采用软件算法对其进行数字滤波，提高系统的精度。
3、对电压进行放大整形、然后采用高精度的V/F转换芯片－LM331，将该频率送入单片机对其进行测量。
直流电压表（1）AD转换电路；（2）LCD显示电路；（3）电源电路；（4）单片机处理部分。
在单片机数据采集电路的设计中，做到了电路设计的最小化，即没用任何附加逻辑器件做接口电路，实现了单片机对AD678转换芯片的操作。AD678是一种高档的、多功能的12位ADC，由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件，所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统，而且一次A/D转换仅需要5ms。在电路应用中，AD678采用同步工作方式，12位数字量输出采用8位操作模式，即12位转换数字量采用两次读取的方式，先读取其高8位，再读取其低4位。根据时序关系，在芯片选择/CS=0时，转换端/SC由高到低变化一次，即可启动A/D转换一次。再查询转换结束端/EOC，看转换是否已经结束，若结束则使输出使能/OE变低，输出有效。12位数字量的读取则要控制高字节有效端/HBE，先读取高字节，再读取低字节。整个A/D操作大致如此，在实际开发应用中调整。
由于电路中采用AD678的双极性输入方式，输入电压范围是-5～+5V，根据公式Vx=10(V)/4096*Dx，即可计算出所测电压Vx值的大小。式中Dx为被测直流电压转换后的12位数字量值。已具备条件
我学过的课程有《单片机应用技术》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电路基本分析》、《电子工艺》等等；我学过的相公软件有Protel99se、Proteus 6、Easy_51Pro_v20、MEDWIN等。我具备了对51单片机的基本汇编能力，能对PCB板的绘制制作。我通过暑假参加2008年电子设计竞赛对直流电压表的设计制作过程有了一定的了解。MAX197这块由美国MAXIM公司生产的多量程( ±10 V, ±5 V, 0～10 V, 0～5 V) 、8通道、12 位高精度的A/D 转换器。它采用逐次逼近工作方式, 有标准的微机接口。三态数据I /O 口用做8 位数据总线, 数据总线的时序与绝大多数通用的微处理器兼容。全部逻辑输入和输出与TTL/CMOS 电平兼容。新型A/D 转换器芯片MAX197 与一般A/D 转换器芯片相比, 具有极好的性能价格比, 仅需要一+5 V 供电, 且外围电路简单, 可简化电路设计。

图2 数字电压表的电路图
把一只标准数字万用表置于直流200mV档与表头IN输入端并联，调整“交直流电压校准”旋钮使表头读数与标准表读数一致（允许误差 0.5mV），200mV表头即调整完毕