數(shù)字毫伏表的設(shè)計-開題報告

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

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量功能，但結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴；而數(shù)字萬用表雖然價格低廉，但大多僅能測量正弦電壓的有效值，且準確度不高，頻率范圍不大。該選題的目的是通過硬件電路的設(shè)計實現(xiàn)一個價格低廉、精度較高、頻率范圍較寬、波形適應(yīng)性強的數(shù)字交流毫伏表，并對數(shù)字交流毫伏表的設(shè)計與實現(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)展趨勢自從上世紀50年代初期，數(shù)字化測量技術(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。相對傳統(tǒng)的指針式毫伏表，數(shù)字毫伏表具有讀數(shù)準確方便、體積小、精度高、

3、誤差小、靈敏度和分辨率高、抗干擾能力強、可擴展能力強等優(yōu)點，因而倍受用戶的青睞。近年來，隨著計算機技術(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，無論是在測量的準確度、可靠性、自動化程度、運用功能方面，還是在解決測量技術(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量技術(shù)主要有三種：均值檢波法、真有效值運算式法和熱電偶式。均值檢波法是根據(jù)信號平均值與有效值的關(guān)系來實現(xiàn)有效值測量的，是大多數(shù)交流電壓表所采用的方法；這種方法電路簡單，價格低廉，但存在測量

4、非正弦信號時誤差較大、測量小信號時漂移較大的問題，致使儀器靈敏度不高，使用范圍受到限制。運算式法是根據(jù)有效值的數(shù)學定義，通過模擬運算電路（也可以用集成單片芯片）直接實現(xiàn)有效值變換；國外高精度數(shù)字電壓表交流測量電路中，幾乎無一例外的全部采用分離元件構(gòu)成模擬運算電路實現(xiàn)真有效值變換，最高精度可達0.04%，但這種電路技術(shù)復雜、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)復雜、價格昂貴等缺點。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)計的數(shù)字毫伏表主要采用數(shù)字化的測量方法，以真有效值檢測技術(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、單片機控制、按鍵及顯示等幾個模塊組成。設(shè)計的總體思路：首先讓被測的模擬信號經(jīng)過衰減放大電路，將信號電壓值轉(zhuǎn)換到TRMS-DC變換器的工作電壓范圍內(nèi)，進行TRMS-DC變換；然后讓TRMS-DC變換的結(jié)果通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進行數(shù)字化；最后，將數(shù)字信號送入單片機，經(jīng)單片機軟件程序的相應(yīng)處理后送液晶顯示。單片機還要控制微型繼電器以實現(xiàn)自動轉(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，該芯片具有使用簡單、準

6、確度高、頻帶范圍寬等優(yōu)點，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輸入時可達到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。自動量程轉(zhuǎn)換功能實現(xiàn)的原理是：將單個量程的放大器或衰減器輸出的電壓值與預(yù)設(shè)的電壓值進行比較，將比較結(jié)果送入單片機進行判斷，若被測電壓低于單片機此時設(shè)定的量程范圍，單片機控制相應(yīng)的繼電器進行升量程處理，反之則進行降量程處理。單片機部分主要完成三個

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現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換。整體電路結(jié)構(gòu)簡單可行，要提高系統(tǒng)的頻率響應(yīng)范圍和測量準確度，可在以下幾個方面著重分析： = 1 * GB3 衰減和放大電路的頻帶及帶內(nèi)平坦度； = 2 * GB3 真有效值直流變換電路的帶寬及誤差； = 3 * GB3 模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度； = 4 * GB3 單片機軟件計算的優(yōu)化處理； = 5 * GB3 整體系統(tǒng)的抗干擾性能。四、論文工作進度安排12周，完成系統(tǒng)設(shè)計，撰寫開題報告，進行開題報告會。34周，完成數(shù)字毫伏表的總體設(shè)計。59周，完成電路的設(shè)計、制作及調(diào)試。1011周，進一步完善系統(tǒng)，進行相應(yīng)的功能擴展。1214周，撰寫論文，做好答辯的相關(guān)準備工作。1516周，參加答辯。五、論文主要參考文獻1 陳尚松電子測量與儀器第2版北京：電子工業(yè)出版社，20072 趙茂泰電子測量儀器設(shè)計武漢：華中科技大學出版社，20103 全國大學生電子設(shè)計競賽湖北賽