数字毫伏表的设计_开题报告

数字毫伏表的设计_开题报告本文简介：武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目：数字毫伏表的设计系：电子信息科学系学号：20070802007姓名：苏建伟一、论文选题的目的和意义在电气测量中，电压是一个很重要的参数。如何准确地测量模拟信号的电压，一直是电子及电工测量仪器研究的主要内容之一。交流毫伏表是一种用来测量微弱交流信

数字毫伏表的设计_开题报告本文内容：

武汉大学珞珈学院本科生毕业论文（设计）开题报告

论文题目：

数字毫伏表的设计

系：

电子信息科学系

学号：

20070802007

姓名：

苏建伟

一、论文选题的目的和意义

在电气测量中，电压是一个很重要的参数。如何准确地测量模拟信号的电压，一直是电子及电工测量仪器研究的主要内容之一。

交流毫伏表是一种用来测量微弱交流信号的电压表，主要用于测量毫伏级的交流信号，在科研、实验教学和生产中都有重要的地位。例如在电子测量技术和自动控制系统中测量正弦波、矩形波、三角波等波形信号的交变电压有效值和微弱信号中的噪声；在随机过程测量中测量各个窄频带内与被测波形无关的电压有效值，以得到该随机过程的功率谱密度函数进行频谱分析和过程控制等。

目前，虽然有一些数字式电压表和智能仪器具有交流电压的测量功能，但结构复杂，价格昂贵；而数字万用表虽然价格低廉，但大多仅能测量正弦电压的有效值，且准确度不高，频率范围不大。

该选题的目的是通过硬件电路的设计实现一个价格低廉、精度较高、频率范围较宽、波形适应性强的数字交流毫伏表，并对数字交流毫伏表的设计与实现做一定的探讨和研究。

二、国内外关于该论题的研究现状和发展趋势

自从上世纪50年代初期，数字化测量技术问世以来，已经得到了迅速的发展和广泛的应用。随着器件水平和测试技术的不断提高，交流毫伏表也开始采用数字显示。相对传统的指针式毫伏表，数字毫伏表具有读数准确方便、体积小、精度高、误差小、灵敏度和分辨率高、抗干扰能力强、可扩展能力强等优点，因而倍受用户的青睐。

近年来，随着计算机技术及微电子器件在工程技术中的广泛应用，在此基础上发展起来的智能仪器仪表，无论是在测量的准确度、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，都得到了极大的发展。国际上，现代化仪器仪表正向微型化、自动化、集成多功能化、智能化和网络化方向而迅速发展。

目前，关于交流电压有效值的测量技术主要有三种：均值检波法、真有效值运算式法和热电偶式。均值检波法是根据信号平均值与有效值的关系来实现有效值测量的，是大多数交流电压表所采用的方法；这种方法电路简单，价格低廉，但存在测量非正弦信号时误差较大、测量小信号时漂移较大的问题，致使仪器灵敏度不高，使用范围受到限制。运算式法是根据有效值的数学定义，通过模拟运算电路（也可以用集成单片芯片）直接实现有效值变换；国外高精度数字电压表交流测量电路中，几乎无一例外的全部采用分离元件构成模拟运算电路实现真有效值变换，最高精度可达0.04%，但这种电路技术复杂、成本较高、占用面积也较大。热电偶式是根据有效值的物理意义，通过热量变换器来实现，这种方法适用于任意波形，但存在受外界温度影响较大、结构复杂、价格昂贵等缺点。

三、论文的主攻方向、主要内容、研究方法及技术路线

本选题设计的数字毫伏表主要采用数字化的测量方法，以真有效值检测技术和双积分模数转换技术为技术核心。

设计的硬件部分主要包括衰减及放大、真有效值直流（TRMS-DC）变换、模数转换、单片机控制、按键及显示等几个模块组成。设计的总体思路：首先让被测的模拟信号经过衰减放大电路，将信号电压值转换到TRMS-DC变换器的工作电压范围内，进行TRMS-DC变换；然后让TRMS-DC变换的结果通过模数转换电路进行数字化；最后，将数字信号送入单片机，经单片机软件程序的相应处理后送液晶显示。单片机还要控制微型继电器以实现自动转换量程功能。

系统结构图如图1所示：

图1

系统结构图

其中，真有效值直流变换部分采用AD公司的高精度单片集成TRMS-DC转换芯片AD637，该芯片具有使用简单、准确度高、频带范围宽等优点，是目前国际上集成真有效值转换器中性能最高的。AD637的最高精度优于0.1%，在输入电压为0.2V～2V范围内有最佳频率响应，在2V输入时可达到8MHz的带宽。衰减及放大电路则根据不同的量程范围来设定不同的增益，使其输出信号电压值控制在0.2V～2V范围内，保证AD637工作在最佳状态。模数转换部分采用双积分高精度单片A/D转换器。自动量程转换功能实现的原理是：将单个量程的放大器或衰减器输出的电压值与预设的电压值进行比较，将比较结果送入单片机进行判断，若被测电压低于单片机此时设定的量程范围，单片机控制相应的继电器进行升量程处理，反之则进行降量程处理。单片机部分主要完成三个工作：数据采集和处理、液晶显示的控制和控制继电器实现量程自动转换。

整体电路结构简单可行，要提高系统的频率响应范围和测量准确度，可在以下几个方面着重分析：①衰减和放大电路的频带及带内平坦度；②真有效值直流变换电路的带宽及误差；③模数转换的精度；④单片机软件计算的优化处理；⑤整体系统的抗干扰性能。

四、论文工作进度安排

1~2周，完成系统设计，撰写开题报告，进行开题报告会。

3~4周，完成数字毫伏表的总体设计。

5~9周，完成电路的设计、制作及调试。

10~11周，进一步完善系统，进行相应的功能扩展。

12~14周，撰写论文，做好答辩的相关准备工作。

15~16周，参加答辩。

五、论文主要参考文献

[1]

陈尚松．电子测量与仪器．第2版．北京：电子工业出版社，2007

[2]

赵茂泰．电子测量仪器设计．武汉：华中科技大学出版社，2010

[3]

全国大学生电子设计竞赛湖北赛区组委会．电子系统设计实践．湖北：华中科技大学出版社，2005

[4]

李朝青．单片机原理及接口技术．第3版．北京：北京航空航天大学出版社，2007

[5]

沙占友．新型数字万压表原理与应用．北京：机械工业出版社，2006

指导教师签名：

2011年3月10日