數(shù)字毫伏表的設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、武漢大學(xué)珞珈學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告論文題目： 數(shù)字毫伏表的設(shè)計(jì) 系： 電子信息科學(xué)系 學(xué)號(hào)： 20070802007 姓名： 蘇建偉 一、論文選題的目的和意義在電氣測(cè)量中，電壓是一個(gè)很重要的參數(shù)。如何準(zhǔn)確地測(cè)量模擬信號(hào)的電壓，一直是電子及電工測(cè)量?jī)x器研究的主要內(nèi)容之一。交流毫伏表是一種用來測(cè)量微弱交流信號(hào)的電壓表，主要用于測(cè)量毫伏級(jí)的交流信號(hào)，在科研、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和生產(chǎn)中都有重要的地位。例如在電子測(cè)量技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中測(cè)量正弦波、矩形波、三角波等波形信號(hào)的交變電壓有效值和微弱信號(hào)中的噪聲；在隨機(jī)過程測(cè)量中測(cè)量各個(gè)窄頻帶內(nèi)與被測(cè)波形無關(guān)的電壓有效值，以得到該隨機(jī)過程的功率譜密度函數(shù)進(jìn)行

2、頻譜分析和過程控制等。目前，雖然有一些數(shù)字式電壓表和智能儀器具有交流電壓的測(cè)量功能，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；而數(shù)字萬用表雖然價(jià)格低廉，但大多僅能測(cè)量正弦電壓的有效值，且準(zhǔn)確度不高，頻率范圍不大。該選題的目的是通過硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)價(jià)格低廉、精度較高、頻率范圍較寬、波形適應(yīng)性強(qiáng)的數(shù)字交流毫伏表，并對(duì)數(shù)字交流毫伏表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做一定的探討和研究。二、國內(nèi)外關(guān)于該論題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)自從上世紀(jì)50年代初期，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)問世以來，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。隨著器件水平和測(cè)試技術(shù)的不斷提高，交流毫伏表也開始采用數(shù)字顯示。相對(duì)傳統(tǒng)的指針式毫伏表，數(shù)字毫伏表具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、體積小、精度高、

3、誤差小、靈敏度和分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、可擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而倍受用戶的青睞。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件在工程技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的智能儀器儀表，無論是在測(cè)量的準(zhǔn)確度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用功能方面，還是在解決測(cè)量技術(shù)與控制技術(shù)問題的深度及廣度方面，都得到了極大的發(fā)展。國際上，現(xiàn)代化儀器儀表正向微型化、自動(dòng)化、集成多功能化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向而迅速發(fā)展。目前，關(guān)于交流電壓有效值的測(cè)量技術(shù)主要有三種：均值檢波法、真有效值運(yùn)算式法和熱電偶式。均值檢波法是根據(jù)信號(hào)平均值與有效值的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)有效值測(cè)量的，是大多數(shù)交流電壓表所采用的方法；這種方法電路簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但存在測(cè)量

4、非正弦信號(hào)時(shí)誤差較大、測(cè)量小信號(hào)時(shí)漂移較大的問題，致使儀器靈敏度不高，使用范圍受到限制。運(yùn)算式法是根據(jù)有效值的數(shù)學(xué)定義，通過模擬運(yùn)算電路（也可以用集成單片芯片）直接實(shí)現(xiàn)有效值變換；國外高精度數(shù)字電壓表交流測(cè)量電路中，幾乎無一例外的全部采用分離元件構(gòu)成模擬運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)真有效值變換，最高精度可達(dá)0.04%，但這種電路技術(shù)復(fù)雜、成本較高、占用面積也較大。熱電偶式是根據(jù)有效值的物理意義，通過熱量變換器來實(shí)現(xiàn)，這種方法適用于任意波形，但存在受外界溫度影響較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。三、論文的主攻方向、主要內(nèi)容、研究方法及技術(shù)路線本選題設(shè)計(jì)的數(shù)字毫伏表主要采用數(shù)字化的測(cè)量方法，以真有效值檢測(cè)技術(shù)和雙積

5、分模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)為技術(shù)核心。設(shè)計(jì)的硬件部分主要包括衰減及放大、真有效值直流（trms-dc）變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)控制、按鍵及顯示等幾個(gè)模塊組成。設(shè)計(jì)的總體思路：首先讓被測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過衰減放大電路，將信號(hào)電壓值轉(zhuǎn)換到trms-dc變換器的工作電壓范圍內(nèi)，進(jìn)行trms-dc變換；然后讓trms-dc變換的結(jié)果通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)字化；最后，將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)軟件程序的相應(yīng)處理后送液晶顯示。單片機(jī)還要控制微型繼電器以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中，真有效值直流變換部分采用ad公司的高精度單片集成trms-dc轉(zhuǎn)換芯片ad637，該芯片具有使用簡(jiǎn)單、準(zhǔn)

6、確度高、頻帶范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，是目前國際上集成真有效值轉(zhuǎn)換器中性能最高的。ad637的最高精度優(yōu)于0.1%，在輸入電壓為0.2v2v范圍內(nèi)有最佳頻率響應(yīng)，在2v輸入時(shí)可達(dá)到8mhz的帶寬。衰減及放大電路則根據(jù)不同的量程范圍來設(shè)定不同的增益，使其輸出信號(hào)電壓值控制在0.2v2v范圍內(nèi)，保證ad637工作在最佳狀態(tài)。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分采用雙積分高精度單片a/d轉(zhuǎn)換器。自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)的原理是：將單個(gè)量程的放大器或衰減器輸出的電壓值與預(yù)設(shè)的電壓值進(jìn)行比較，將比較結(jié)果送入單片機(jī)進(jìn)行判斷，若被測(cè)電壓低于單片機(jī)此時(shí)設(shè)定的量程范圍，單片機(jī)控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)行升量程處理，反之則進(jìn)行降量程處理。單片機(jī)部分主要完成三個(gè)

7、工作：數(shù)據(jù)采集和處理、液晶顯示的控制和控制繼電器實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換。整體電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可行，要提高系統(tǒng)的頻率響應(yīng)范圍和測(cè)量準(zhǔn)確度，可在以下幾個(gè)方面著重分析：衰減和放大電路的頻帶及帶內(nèi)平坦度；真有效值直流變換電路的帶寬及誤差；模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度；單片機(jī)軟件計(jì)算的優(yōu)化處理；整體系統(tǒng)的抗干擾性能。四、論文工作進(jìn)度安排12周，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行開題報(bào)告會(huì)。34周，完成數(shù)字毫伏表的總體設(shè)計(jì)。59周，完成電路的設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試。1011周，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的功能擴(kuò)展。1214周，撰寫論文，做好答辯的相關(guān)準(zhǔn)備工作。1516周，參加答辯。五、論文主要參考文獻(xiàn)1 陳尚松電子測(cè)量與儀器第2版北京：電子工業(yè)出版社，20072 趙茂泰電子測(cè)量?jī)x器設(shè)計(jì)武漢：華中科技大學(xué)出版社，20103 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽湖北賽區(qū)組委