数字交流毫伏表的设计毕业设计论文.doc
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1、毕业设计(论文)中文摘要随着电子技术的不断发展,电子仪器的发展也是令人瞩目的。总的来说,电子仪器有两个方向的发展趋势:一是向多功能、多参数、高精度、高速度方面发展,另一个是向实用化、小型化、数字化、廉价的通用或单一用途方面发展。对于数字式电压表来说,一方面趋向于合并于数字式万用表中,另一方面趋向于使用方便、小型廉价的单一用途电压表。本次的毕业设计课题为数字交流毫伏表,其显著特点是测量范围宽,可以实现量程自动转换,操作简单,使用方便。该电压表还具有在定的测量范围内将量程自动选择在最佳位置的功能,从而可以快速、方便、准确地测量电压,在设计中我采用了模块化的设计方法,先将整机分为不同的功能模块,再设
2、计实现局部功能的单元电路。这样各单元电路的功能明确,之间的界限清楚,便于调试。本文对输入通道的设计、反相放大器的设计、ACDC转换部分的设计、量程自动转换电路的设计作了详细的介绍。关键词:数字交流毫伏表 测量 转换毕业设计(论文)外文摘要Title: Digital Ac mV the design table The design of digital AC mV meter Abstract:With the continued development of electronic technologies, the development of electronic equipment i
3、s also impressive. Overall, there are two directions of the development of electronic equipment trends: First, the multi-purpose, multi-parameter, high-precision, high-speed development and the other to practical technology, miniaturization, digital, single use cheap generic or development. For digi
4、tal voltage table, on the other hand tend to be combined in a digital micro-meter, on the other hand tend to be user-friendly, small inexpensive single-use voltage table. This graduation project topic for a digital exchange micro-meter, its remarkable characteristic is surveys the scope widely, may
5、realize the measuring range automatic switching, the operation is simple, easy to operate. This voltmeter also has in the survey scope which decides the measuring range automatic selection in the bestposition function, thus may fast, be convenient, accurately survey the voltage, I has used the modul
6、ar design method in the design, first putting in order machine will divide into the different function module, the re-engineering realization partial function unit electric circuit. Like this various units electric circuit function is clear about, the between boundary is clear, is advantageous for t
7、he debugging. This article to input the channel the design, the inverting amplifier design, AC/DC transforms the partial designs, the measuring range automatic switching electric circuit design has made the detailed introduction.Keywords : Digital exchange micro-meter measurement conversion目 录 1引言62
8、. 设计工具的简介72.1 主要设计工具的介绍72.1.1 PROTEL99简介72.1.2 绘制PCB时的注意事项73. 工作原理93.1一般数字电压表的基本工作原理93.2 本设计数字电压表的工作原理93.3 单元电路的原理及设计103.3.1 输入通道的设计103.3.2 反相放大器的设计113.3.3 AC/DC转换部分的设计123.3.4 量程自动转换电路的设计144. 整机的组装和调试224.1 整机的组装224.2 调试224.3 校验224.4 改进方案23结论24心得体会 24致谢25参考文献25附录A27附录B291 引言在电量的测量中,电压、电流和频率是最基本的三个被测量
9、。其中,电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展,更需要测量弱电的电压,所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外,由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、灵敏度和分辨率高、测量速度快等特点而倍受用户青睐,数字式交流毫伏表就是基于这种需求而发展起来的。随着电子技术的不断发展,电子仪器的发展也是令人瞩目的。总的来说,电子仪器有两个方向的发展趋势:一是向多功能、多参数、高精度、高速度方面发展,另一个是向实用化、小型化、数字化、廉价的通用或单一用途方面发展。对于数字式电压表来说,一方面趋向于合并于数字式万用表中,另一方面趋向于使用方便、小型廉价的单一用途电压表。本文所研制的数字式交
10、流毫伏表的显著特点是测量范围宽,可测电压范围为500V以下,最大分辨率为0.01mV,且可以实现量程自动转换,操作简单,使用方便。该电压表还具有在定的测量范围内将量程自动选择在最佳位置的功能,从而可以快速、方便、准确地测量电压。2 设计工具的简介2.1主要设计工具的介绍2.1.1 PROTEL99简介本次毕业设计主要是印制电路板(简称PCB板)的设计,采用的是Protel 99SE。Protel软件以其易学易用而著称。Protel 99 SE这套电路设计软件,主要包括四部分:Schematic99 SE、SIM99SE、PLD99SE、PCB99SE、PCB99CE。除了上述四大部分之外,PR
11、OTEL99也提供了一些基本工具,如特别使用与电路设计的文字编辑器的工具,适用于电路数据管理的电子表格编辑器和统计图编辑器等工具。2.1.2 绘制PCB时的注意事项1.布线方向从焊接面看,组件的排列方位尽可能保持与原理图相一致布线方向最好与电路图走线一致。布线方向最好与电路图走线方向一致,因生产过程中通常需要在焊接面进行各种参数的检测,故这样便于生产中的检查,调试以及检修。2.各组件排列,分布要合理和均匀,力求整齐美观,结构严谨的工艺要求。3.电阻的放置方式分为平放与竖放两种(1)当电路组件数量不多,而且电路板尺寸较大的情况下,一般是采用平放。(2)竖放:放电路的组件数较多,而且电路板尺寸不大
12、的情况下,一般上采用竖放。4.电位器的放置原则在稳压器中用来调输出电压,故设计电位器应满足顺时针输出电压升高,逆时针调节输出降低,在可调恒流充电器中电位器用来调节充电电流的大小,设计电位器是应满足顺时针调节时,电流增大。电位器安放应当满足整体结构安装及面板布局的要求。因此应尽可能放在边缘,旋转板朝外。5.进出接线端布置合理 6.设计布线图是要注意管脚排列顺序,组件脚间距要合理。7.在保证电路性能要求的前提下,设计时应力求走线合理,少用外接跨线。8.设计布线图时走线尽量少拐弯,力求线条简单明了。9.布线时,导线的宽度要定好尺寸,不能太粗和太细,导线间距要尽量统一适中,以防短路。10.设计时。在不
13、违背原理的前提下可以从元件中调用其他元件替代本元件。3 工作原理3.1一般数字电压表的基本工作原理数字电压表是利用模拟数字转换原理,将被测电压(模拟量)转换为数字量,并将测量结果以数字形式显示出来的一种电压测量仪器。因此,对于一台数字电压表来讲,除了供电电源之外,一般均可分为模拟和数字两部分。其原理框图如图3-1所示。输入电路A/D转换计数器显示器逻辑控制图3-1 数字电压表的原理框图AD转换是数字电压表的核心,它将被测电压量(模拟量)转换成与之成比例的数字量。数字电压表常用的AD转换有两种方式:一种是将模拟电压信号直接转换成二进制的数字量,这一般通过AD转换器来完成;另一种是将模拟电压量转换
14、成与之成比例的频率量,然后通过计数器测量出频率值,即可确定其电压值。3.2本设计数字电压表的工作原理同大多数数字式交流电压表一样,本表也分为模拟和数字两部分。但由于本表具有量程自动转换功能,所以它又具有不同于一般电压表的特点。本表的工作原理框图如图3-2所示。输入电压信号ui经过输入通道进入放大器部分,经过放大之后,由ACDC转换电路转换为与交流电压有效值相等的直流电压。该直流电压经过VF转换电路输出相应的频率量,然后计数器部分在秒脉冲的控制下进行计数测量,最后显示出读数,从而完成电压的测量。量程自动转换控制电路根据ACDC转换电路输出的直流电压值决定反相放大器的放大倍数。这样,可以根据输入电
15、压ui的大小改变放大器的放大倍数,从而使ACDC转换电路输出的直流电压值符合VF转换电路的输入电压范围。这也是量程自动转换的实质。输入通道反向放大器AC/DC转换V/F转换量程自动转换控制电路计数器显示部分秒脉冲发生器工作原理框图中各部分的具体电路及工作原理将在下文中详细说明。图3-2 工作原理框图3.3单元电路的原理及设计3.3.1输入通道的设计本电压表的输入通道分为高压(500V一5V)输入通道和低压(5V以下)输入通道。通道的切换采用人工手动切换,其原理图如图3-3所示。由图可见,输入通道由衰减器和跟随器两部分组成。低压(5V以下)输入直接进入由运算放大器构成的跟随器,而高压(500V一
16、5V)输入经过衰减器衰减后进入跟随器。衰减器基本分为电阻式和电容式两种。实际电路中,为了改善电路的性能,常采用阻容混合式衰减器,阻容串联或阻容并联均可。在本仪表中为了消除电阻对地的杂散电容及分布电容的影响,采用了阻容并联式衰减器,如图3-3所示。为了使衰减器的衰减倍数不因电压幅值和频率的变化而变化阻容值应满足下列条件:(Cl十C2)C1=(R1十R2)R2;即C1RlC2R2。该电压表需要衰减100倍的衰减器,故有(Cl十C2)C1=(R1十R2)R2100;且Rl十R2为高压输入通道内阻。由此即可确定电阻、电容的值。输入通道是利用跟随器来提高输入阻抗的,信号从运放的同相端输入,其理想的输入阻
17、抗为,实际为几十兆欧。跟随器的输出与输入波形相同且相位致,使信号无畸变地送入测量电路。 图3-3 输入通道 3.3.2 反相放大器的设计当较小的被测电压信号送入测量电路时,为了更精确地测量它,必须将信号放大。这里用反相放大器,其电路如图3-4所示。由反相放大器的放大倍数的幅值AUUO/UI=Rf /R可知,当Rl k时,根据KA1、KA2的通断,Rf分别取lk、10k、100k时则放大倍数分别等于1倍、10倍、100倍。而量程电动切换正是利用输入电压的值控制继电器器KA1、KA2的通断,从而调整放大倍数进行准确测量的。 图3-4 反相放大器3.3.3 ACDC转换部分的设计在测量交流信号时,交
18、、直流转换是一个非常重要的环节,交、直流电压转换一般由整流电路和滤波电路构成。整流电路一般有无源和有源两种。其中无源整流电路由于二极管的非线性饱和区的存在影响测量精度。而有源整流电路则可以消除二极管的非线性截止区的影响。因此,本仪表中采用了有源全波整流,其电路如图3-5所示。 图3-5 全波整流电路当输入信号ui处于正半周时,D2截止,uo1为虚地,uo10;当ui处于负半周时,D1截止,D 2导通,形成负反馈。此时uo1一(R2u1)Rl,且二极管的非线性截止区不会影响输出。Uo1的波形为半波整流波形。U2和R3一R5构成反相加法器,若取R42R3,则输出uo2一R5(uo1十u12)/R3
19、,即正弦波同半波整流波形相加,形成全波整流输出。电容C的作用是滤除高频干扰。滤波电路一般也分为有源滤波和无源滤波。为了提高精度,本仪表采用了二阶有源低通滤波器,其电路如图3-6所示。 图3-6二阶有源低通滤波器对于输入的全波整流信号,低通滤波器的作用是滤除其中的交流成分,只让直流成分通过。因此,将低通滤波器的截止频率定为2Hz。3.3.4量程自动转换电路的设计量程自动转换是实现精密仪器自动测量的重要组成部分,也是本仪表的核心控制部分。本仪表采用的是模拟比较法量程自动转换。模拟比较法量程自动转换电路是由模拟比较器、量程寄存器、量程开关和译码器组成,其原理框图如图3-7所示。模拟比较器量程开关量程
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