超高頻毫伏表控制及顯示電路

目　　錄

一、 前言

§１．1　 單片機(jī)最小系統(tǒng)

§１．2　 方案介紹

§１．3 方案的比較和論證

二、 超高頻毫伏表的硬件組成

§２．１　AT89C51單片機(jī)工作原理

§２．２　電壓測(cè)量模塊

§２．３ 測(cè)量有效值的計(jì)算方法

§２．４ LED數(shù)碼管的顯示原理

三、 超高頻毫伏表硬件電路的實(shí)現(xiàn)

§３．１ 電路模塊圖

§３．2 硬件設(shè)計(jì)

四、 超高頻毫伏表的軟件設(shè)計(jì)

§４．１　軟件的實(shí)現(xiàn)方法

§４．２　程序流程圖

五、 測(cè)試與分析

§5．1 儀器測(cè)試

§5．2 指標(biāo)測(cè)試

§5．3 誤差分析

六、 結(jié)束語

§6．１　致 謝

§6．２　參考書目

一、 前 言

§１．1　單片機(jī)最小系統(tǒng)

1 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。
　對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖（圖1）：

2 詳細(xì)說明如下：

（1） 復(fù)位電路:

由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì)，可以知道，當(dāng)系統(tǒng)一上電，RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以，適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位。一般教科書推薦C 取10u，R取10K。原則就是要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平。至于如何具體定量計(jì)算，可以參考電路分析相關(guān)書籍。

（2） 晶振電路：典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的uS級(jí)時(shí)歇,方便定時(shí)操作)，在本電路中，取12M。

（3） 單片機(jī)：一片AT89S51/52或其他51系列兼容單片機(jī)。對(duì)于31腳(EA/Vpp)，當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部ROM的0000H開始執(zhí)行;當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開始執(zhí)行。

1) ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)的共40個(gè)引腳功總共40個(gè)腳，電源用2個(gè)(Vcc和GND)，晶振用2個(gè)，復(fù)位1個(gè)，EA/Vpp用1個(gè)，剩下還有34個(gè)。29腳PSEN，30腳ALE為外擴(kuò)數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器時(shí)才有特定用處，一般情況下不用考慮，這樣，就只剩下32個(gè)引腳，它們是：
P0端口P0.0 - P0.7共8個(gè)；
P1端口P1.0 - P1.7共8個(gè)；
P2端口P2.0 - P2.7共8個(gè)；
P3端口P3.0 - P3.7共8個(gè)；

§１．2　 方案介紹

1. 結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。用傳統(tǒng)的方案做成晶體管毫伏表，該方案中高頻交流信號(hào)經(jīng)高阻分壓器、射極輸出器、低阻分壓器后送到放大器，放大后的信號(hào)再經(jīng)檢波后由指示器指示，低阻分壓器選擇不同的分壓系數(shù)，使儀表具有不同的量程。輸入級(jí)采用低噪聲晶體管組成的射級(jí)輸出器，提高了儀表的輸入阻抗，降低噪聲。放大器具有高放大倍數(shù)，從而提高儀表的靈敏度。該方案具有隔直流功能，但是測(cè)量精度低、頻率特性差。

2. 硬件框圖

　　§１．3 方案的比較和論證

1. 放大衰減部分　

　　考慮到要測(cè)的信號(hào)的幅值為10mV～200V，一般的測(cè)量?jī)x器及運(yùn)算放大器都達(dá)不到這個(gè)范圍，所以首先要對(duì)信號(hào)進(jìn)行降壓處理。對(duì)于不同幅值范圍的電壓要有不同變壓處理(即分檔)。　

2. 信號(hào)采集部分

　分壓后用精密整流橋整流后經(jīng)過采樣保持再把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換。該方案在測(cè)量頻率比較高的波形時(shí)，會(huì)出現(xiàn)采樣不是最大的幅值，此時(shí)就會(huì)要求采很多的點(diǎn)， 然后取平均值，再經(jīng)過MCU處理。為了保證足夠的精度，采樣間隙應(yīng)該盡量的短。

3. 　顯示部分

　采用LED顯示。LED可以用移位寄存器74164或者專用芯片MAX7219 驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)單，而且串行顯示只占用很少的I/O口。但也有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，只能顯示一些簡(jiǎn)單的ASCII碼字符，顯示的信息量十分的有限，鑒于成本考慮，所以選用LED作顯示?！?br>

4. 自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換和保護(hù)電路

我們采用了模擬開關(guān)電路來控制電路狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量和出頻率轉(zhuǎn)換。在測(cè)量時(shí)，一次測(cè)量號(hào)后，等待下一次測(cè)量的指令，然后再進(jìn)行下一次的測(cè)量，如果一開始就超量程，那么LED就會(huì)閃爍。

二、 超高頻毫伏表的硬件組成

§２．１　AT89C51單片機(jī)工作原理

1. 單片機(jī)的雛形：

MCS-48單片機(jī)是美國(guó)INTE公司于1976年推出，它是現(xiàn)代單片機(jī)的雛形，包含了數(shù)字處理的全部功能，外接一定的附加外圍芯片即構(gòu)成完整的微型計(jì)算機(jī)，其主要的功能特征為：
　8位CPU(中央處理器)、內(nèi)置程序存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)和輸入輸出端口(I/O)全部集成在單一的芯片上而構(gòu)成了完整的微型計(jì)算機(jī)。

1) 8位CPU。

2) 雙列直插40PinDIP封裝。

3) 所有指令均為1-2個(gè)機(jī)器周期。

4) 96條指令，大部分為單字節(jié)指令。

5) 2個(gè)工作寄存器。

6) 2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器。

7) 8層堆棧。

8) 單一+5V電源供電。使用6MHz外接石英晶體管振蕩器，此時(shí)機(jī)器周期為2.5us。

2. 單片機(jī)的發(fā)展，MCS-48系列單片機(jī)：

8048和8748是最早期的產(chǎn)品，8048本身具有64x8位RAM，1kx8位的ROM，而后期的8049中的RAM大到256字節(jié)，ROM卻增加到了4kBytes，這個(gè)成績(jī)?cè)诋?dāng)時(shí)是相當(dāng)可喜的。還有一類的產(chǎn)品本身是不帶程序存儲(chǔ)器的，象8035和8039，它的程序存儲(chǔ)器只能外接，當(dāng)時(shí)常用的是EPROM(紫外線擦除電寫只讀程序存儲(chǔ)器)一類的ROM。

MCS-48系列單片機(jī)還有幾個(gè)產(chǎn)品，象8021和8022單片機(jī)，8021該系列中的低價(jià)型單片機(jī)，而8022則是包含了單片機(jī)所有功能，并集成了A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品。

現(xiàn)在MCS-48系列單片機(jī)已完全退出了歷史舞臺(tái)，由MCS-51系列單片機(jī)取而代之。

§２．２　電壓測(cè)量模塊

１、交流電壓值的測(cè)量

方案一：測(cè)交流平均值

一般的交流電壓表為降低成本和簡(jiǎn)化電路，均使用簡(jiǎn)易的平均值響應(yīng)交流/直流轉(zhuǎn)換器。常用的平均值響應(yīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器是運(yùn)算放大器和二極管組成的半波（或全波）線性整流電路，這種電路具有線性度好、準(zhǔn)確度高、電路簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

方案二：測(cè)交流有效值

真有效值測(cè)法能測(cè)量各種波形的有效值，通常被測(cè)的交流信號(hào)總會(huì)有一定的失真度，而平均值測(cè)法是按照正弦波平均值與有效值的關(guān)系(VRMS=1.111Vp)來定義的，因此只能測(cè)量不失真正弦波電壓。倘若被測(cè)正弦波存在失真，或者為方波、矩形波、三角波、階梯波等非正弦波形，將無法得到正確的測(cè)量。用平均值測(cè)法去測(cè)量失真的正弦波，或非正弦波，勢(shì)必引起顯著的測(cè)量誤差，甚至使測(cè)量值失去意義。因此，測(cè)量交流有效值比測(cè)量交流平均值精確度更高，故本系統(tǒng)采用方案二。

２、真有效值轉(zhuǎn)換

理論值計(jì)算：

交流電壓的有效值的表達(dá)式為：

（1）

其近似公式可化簡(jiǎn)為 （2）

分析（2）式可知，借助于電路對(duì)輸入電壓u進(jìn)行：“平方→取平均值→開平方”運(yùn)算，就能獲得交流電壓的有效值。這個(gè)由有效值定義式得到的值稱為真有效值。

若將（1）式兩邊平方，并且令 還可得到真有效值的另一表達(dá)式

最后得到

(3)式中，Avg表示取平均值。這表明，對(duì)u依次進(jìn)行“取絕對(duì)值→平方/除法→取平均值”運(yùn)算，也能得到交流電壓有效值。由于能同時(shí)完成“ ”兩步運(yùn)算，與分步運(yùn)算相比，運(yùn)算器的動(dòng)態(tài)范圍大為減小，既便于設(shè)計(jì)電路，又保證了準(zhǔn)確度指標(biāo)。而且這公式更有使用價(jià)值。舉例說明：被測(cè)信號(hào)為矩形波，占空比D=25%，其波峰因數(shù)與波形因數(shù)相等， 。

因此 ,

。

此時(shí)平均值儀表的讀數(shù)為

，

相對(duì)誤差為

上例中，平均值儀表讀數(shù)比真有效值偏低44.6％，這顯然是不允許的。選用真有效值數(shù)字儀表，就不存在該項(xiàng)誤差。

方案一：使用AD536進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換。

AD536采用有源濾波器以及峰值系數(shù)補(bǔ)償，使得適用波峰范圍很寬，且在輸入1V時(shí)頻帶寬度可達(dá)2.3Mz，輸入阻抗在使用緩沖器時(shí)可達(dá)100M歐。但是AD536在輸入小信號(hào)時(shí)頻帶很窄，不能夠?qū)崿F(xiàn)題目要求。

方案二：使用AD636進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換。

AD636與AD536性能類似，對(duì)輸入小信號(hào)的帶寬可達(dá)1.5MHz，但是AD636不能適應(yīng)較大信號(hào)輸入，并且輸入阻抗較小，輸出阻抗較大，也不能適應(yīng)題目要求。

方案三：使用AD637進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換。

AD637對(duì)輸入200mv帶寬可達(dá)1MHz，2v輸入時(shí)帶寬可達(dá)8MHz，輸入200mv以下時(shí)可以前置放大電路，且使用緩沖模式輸入阻抗可達(dá)100M歐，如此AD637完全可以勝任題目要求。

綜上所述，為了達(dá)到題目要求的高輸入阻抗寬頻帶以及寬輸入電壓范圍，最后我們決定采用AD637實(shí)現(xiàn)電路。

§２．３ 測(cè)量有效值的計(jì)算方法

1. 電壓值數(shù)字顯示框圖

SHAPE \* MERGEFORMAT

方案一：微控制器控制

將交流電壓的真有效值通過0809轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后通過由單片機(jī)AT89S51控制，將數(shù)字量用LED數(shù)碼管顯示出來。由于0809是八位的A/D轉(zhuǎn)換器，在精度方面無法達(dá)到題目的要求，所以放棄這一方案。

方案二：3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器MC14433

MC14433集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。但是MC14433的滿量程為200ｍV,無法滿足本題的設(shè)計(jì)要求。

方案三: 4 1/2位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135

ICL7135滿度測(cè)量量程為±2.0000V，在此范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度為±1個(gè)字。它能夠自動(dòng)調(diào)零，保證在 0V 輸入時(shí)讀數(shù)為零，并且輸入阻抗高于 Ω，輸入漏電流僅僅 1 pA（典型值）,允許差分輸入方式。能夠自動(dòng)判斷輸入信號(hào)的極性，具有讀數(shù)保持功能。在超量程和欠量程情況下，能以閃爍的方式表示超量程狀態(tài)，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的功能，并且具有更高的測(cè)量精度。綜合比較，選用ICL7135更容易實(shí)現(xiàn)題目的基本要求和發(fā)揮部分的要求。故本系統(tǒng)選用方案三。

2、輸入電阻與輸入電容值的理論分析與驗(yàn)證

在電路設(shè)計(jì)中我們對(duì)輸入阻抗≥1MΩ，輸入電容≤50pF給予了保證。理論驗(yàn)證值如下：

（1）輸入阻抗分析：

如上圖所示,輸入電壓通過阻容分壓網(wǎng)絡(luò)把電壓分成四檔200mv,2v,20v,200v,分壓電阻分別為R1=900KΩ,R2=90KΩ, R3=9KΩ,R4=1KΩ.

即:

輸入阻抗值=R1+R2+R3+R4

=900KΩ+90KΩ+ 9KΩ+1KΩ+100KΩ

=1.1MΩ>1MΩ

（2） 輸入阻抗分析：

射極跟隨器CA3140的輸入電容為4PF, 阻容分壓網(wǎng)絡(luò)的總電容幾乎等于10PF,所以可以計(jì)算出總的輸入電容。

即：

輸入電容值=(C1//C2//C3//C4)+4PF

=14PF<50PF

綜上所述，我們通過在AD637之前加入一電阻（100K）以及射極跟隨器CA3140保證了在電路中輸入阻抗≥1MΩ，輸入電容≤50pF。

3、正弦波信號(hào)發(fā)生：

方案一：直接電壓控制壓控振蕩器（VCO）。

采用模擬分立元件RC 或LC 組成振蕩電路，其產(chǎn)生的信號(hào)頻率覆蓋范圍受到限制，并且不能保證輸出頻率與控制電壓呈線性關(guān)系，所以需要MCU矯正，總體來說精度低，穩(wěn)定度和抗干擾能力差，外圍電路復(fù)雜，且易受外界干擾，硬件調(diào)試?yán)щy，不容易控制。

方案二：采用專用信號(hào)發(fā)生器MAX038。

MAX038是低失真單片信號(hào)發(fā)生器集成電路，內(nèi)部電路完善。使用該芯片，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以生成同一頻率信號(hào)的各種波形信號(hào)，但頻率精確度和穩(wěn)定度都難以達(dá)到要求。

方案三：采用專用的DDS芯片AD9850。

AD9850內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速比較器，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成，時(shí)鐘高達(dá)125MHz，AD9850在接上精密時(shí)鐘源和寫入頻率相位控制字之間后就可產(chǎn)生一個(gè)頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出。在125MHz的時(shí)鐘下，32位的頻率控制字可使AD9850的輸出頻率分辨率達(dá)0.0291Hz，并具有5位相位控制位，而允許相位按增量180°、90°、45°、22.5°、11.25°或這些值的組合進(jìn)行調(diào)整。

方案四：利用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列FPGA實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成（DDS）。

用ＦＰＧＡ設(shè)計(jì)ＤＤＳ電路較采用專用ＤＤＳ芯片更為靈活。因?yàn)?，只要改變ＦＰＧＡ中的ＲＯＭ?shù)據(jù)，ＤＤＳ就可以產(chǎn)生任意波形，因而具有相當(dāng)大的靈活性。相比之下：ＦＰＧＡ的功能完全取決于設(shè)計(jì)需求，可以復(fù)雜也可以簡(jiǎn)單，而且ＦＰＧＡ芯片還支持在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)，雖然在精度和速度上略有不足，但也能基本滿足絕大多數(shù)系統(tǒng)的使用要求。另外，將ＤＤＳ設(shè)計(jì)嵌入到ＦＰＧＡ芯片所構(gòu)成的系統(tǒng)中，其系統(tǒng)成本并不會(huì)增加多少，而購(gòu)買專用芯片的價(jià)格則是前者的很多倍。因此，采用ＦＰＧＡ來設(shè)計(jì)ＤＤＳ系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。所以本題采用方案四。

§２．4　LED數(shù)碼管的顯示原理

（1）LED介紹

LED是一種較為常用的發(fā)光元件。目前以LED為發(fā)光元件而研制的顯示屏應(yīng)用可作為實(shí)時(shí)工業(yè)控制系統(tǒng)中的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)信息顯示器，對(duì)高要求的工藝流程進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
　　目前，LED顯示器的主要形式有兩種，一種是能夠顯示各種字符、漢字和圖像信息的陣列式LED。另一種則是只能顯示0～9這10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字及少數(shù)幾個(gè)英文字母的數(shù)碼式LED，即八段數(shù)碼管。盡管陣列式LED從功能上來說完全取代數(shù)碼式LED，但由于前者的成本造價(jià)要比后者高得多，實(shí)現(xiàn)方法要比后者復(fù)雜，故在很多場(chǎng)合還經(jīng)常用到數(shù)碼式LED。

（2） 本電路采用共陰的七段LED。

三、 超高頻毫伏表硬件電路的實(shí)現(xiàn)

§３．1 系統(tǒng)框圖

§３．2 硬件設(shè)計(jì)

2 硬件模塊連接圖

SHAPE \* MERGEFORMAT

圖三　硬件模塊連接圖

交流信號(hào)測(cè)量的硬件電路設(shè)計(jì)主要包括兩大部分：程控放大器模塊和真有效值轉(zhuǎn)換電路，其具體實(shí)現(xiàn)的原理圖如下所示：

注明：設(shè)計(jì)電路原理圖時(shí)，本打算把電阻分壓網(wǎng)絡(luò)分出的四檔電壓值輸入到模擬開關(guān)CD4051BC進(jìn)行量程選擇，但是考慮到CD4051BC的耐壓值只到10V，而題目要求200V，所以我們最終選擇用繼電器作為開關(guān)選檔。如上圖所示（印制電路板時(shí)，用SW DIP-8代替繼電器）。

（1）程控放大器模塊

題中要求電壓測(cè)量顯示范圍為10mV~200V，而后級(jí)有效值轉(zhuǎn)換模塊的輸入電壓范圍為0.2～7V，因而需要進(jìn)行量程轉(zhuǎn)換。根據(jù)被測(cè)信號(hào)的大小把量程分200V,20V,2V,200ｍV四擋，相應(yīng)的分壓倍數(shù)為0.001倍，0.01倍，0.1倍，1倍，首先通過模擬開關(guān)選通不同的電阻通道分別實(shí)現(xiàn)0.001倍，0.01倍，0.1倍，1倍的信號(hào)衰減，然后采用集成運(yùn)算放大器把被測(cè)信號(hào)放大10倍，從而實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)。因?yàn)榻?jīng)過放大器的信號(hào)最高頻率為1MHz、最大增益為10倍，所以要求反向放大器中的運(yùn)放增益帶寬積10MHz以上，高速運(yùn)放OPA620增益帶寬積達(dá)到200MHz，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）真有效值轉(zhuǎn)換電路

普通數(shù)字電壓表只能測(cè)量直流電壓。如果要測(cè)量交流電壓，必須增加交流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換電路。由于本系統(tǒng)采用測(cè)交流有效值的方案，所以需要進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換。真有效值方法檢測(cè)電壓、電流的核心是TRMS/DC轉(zhuǎn)換器，這類轉(zhuǎn)換電路現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)單片集成化。AD637是一塊高精度單片TRMS/DCC轉(zhuǎn)換器，可以計(jì)算各種復(fù)雜波形的真有效值。采用了峰值系數(shù)補(bǔ)償，在測(cè)量峰值系數(shù)高達(dá)10的信號(hào)時(shí)附加誤差僅為1％，頻帶寬度在2V輸入時(shí)可達(dá)8MHz。AD637的制造工藝先進(jìn)，采用激光修正，一般情況下不需要加外部調(diào)整元件。惟一的外圍元件是平均電容 ,用來設(shè)定平均時(shí)間常數(shù)，并決定低頻準(zhǔn)確度、輸出波紋的大小及穩(wěn)定時(shí)間。AD637的內(nèi)部有獨(dú)立的緩沖放大器，既可作輸入緩沖器用，亦可構(gòu)成有源濾波器來減小紋波，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。此外，芯片內(nèi)部輸入端有過壓保護(hù)電路，即使輸入電壓超過電源電壓，一般也不會(huì)損壞芯片。

下圖是AD637的內(nèi)部框圖，主要由緩沖器，有源整流器，偏置電路，平方/除法器和濾波電路組成。由于AD637的輸入電阻僅有8KΩ,無法滿足賽題輸入阻抗≥1MΩ的要求，需要加一輸入跟隨器，經(jīng)論證，選用精密單運(yùn)放CA3140構(gòu)成一輸入緩沖級(jí)，即可滿足輸入電阻的值域要求。

理論驗(yàn)證：根據(jù)美國(guó)模擬公司提供的資料，我們可以得到在理想情況下AD637的頻率相應(yīng)。當(dāng) 時(shí)，頻率上限為300kHz； 時(shí)，頻率上限為600kHz； 時(shí)，頻率上限高達(dá)8MHz.。完全能夠符合本題設(shè)計(jì)需求。

（3）電壓數(shù)字顯示模塊

數(shù)字顯示模塊的核心是4 1/2位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135，此外還有外接段譯碼驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘振蕩器、基準(zhǔn)電壓源和LED顯示器。ICL7135芯片內(nèi)部包括模擬電路與數(shù)字電路兩大部分。模擬電路主要包括緩沖器、積分器、比較器、過零檢測(cè)器、極性觸發(fā)器以及4組模擬開關(guān)。每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期分成四個(gè)階段：

SHAPE \* MERGEFORMAT

其中零積分階段是比ICL7106新增加的部分。設(shè)置零積分階段的目的是在超量程情況過去之后，能使積分器迅速回零。

由ICL7135構(gòu)成4 1/2位數(shù)字電壓表的典型電路如下圖所示：

電路中使用5只共陰極LED數(shù)碼管，因萬位屬于1/2位，故只接數(shù)碼管的b、c段用來顯示1，ｇ段作為負(fù)極性顯示（正極性時(shí)ｇ段消隱）。

電路里采用 74HC04（或者CD4069）組成-5V電壓產(chǎn)生電路，以及 ICL7135 需要的時(shí)鐘信號(hào)電路，省去了使用雙電源供電的麻煩，只需要給表頭供電 +5V 就可以正常使用。小數(shù)點(diǎn)選擇電路是通過NPN 型三極管，利用它的驅(qū)動(dòng)源是選擇哪一位數(shù)碼管的位掃描驅(qū)動(dòng)信號(hào)來達(dá)到對(duì)應(yīng)使該位的小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮的目的。

校準(zhǔn)測(cè)量精度：

可以使用最簡(jiǎn)單的方法校準(zhǔn)，就是利用一只數(shù)字萬用表監(jiān)視著芯片第二引腳的電壓，微調(diào)多圈電位器，使讀數(shù)＝1.0000V,(允許± 2 個(gè)字)，然后，輸入一個(gè)信號(hào)電壓，用數(shù)字萬用表監(jiān)視，是否讀數(shù)一致，如果不一致，再仔細(xì)微調(diào)多圈電位器令其達(dá)到一致。校準(zhǔn)后，可以用指甲油小許封住多圈電位器的微調(diào)螺釘，以防移位，之后，就可以投入正常使用了。（表頭已經(jīng)出品時(shí)校準(zhǔn)在 2V 量程，基準(zhǔn)＝1.0000V，± 2 個(gè)字）。

（4）直流穩(wěn)壓電源

由于系統(tǒng)板和交流/直流轉(zhuǎn)換模塊要用到5V或正負(fù)15V直流電源，而電網(wǎng)電壓為220V交流電，因此需要自行設(shè)計(jì)并制作合適的直流穩(wěn)壓電源。我們使用10W的變壓器將220V的電網(wǎng)電壓變壓后加在橋式整流電路的兩端進(jìn)行整流。利用三端穩(wěn)壓器L7805、L7815和L7915

分別產(chǎn)生5V和正負(fù)12V的電壓。具體的電路設(shè)計(jì)如下圖所示：

四、 超高頻毫伏表的軟件設(shè)計(jì)

§４．１軟件的實(shí)現(xiàn)方法

SHAPE \* MERGEFORMAT

五、 測(cè)試與分析

§5．1測(cè)試儀器

§5．2指標(biāo)測(cè)試

1、輸入交流電壓測(cè)量

2、輸出正弦波信號(hào)測(cè)量

§5．3誤差分析

1、電源噪聲

根據(jù)題目要求，需要穩(wěn)壓電源，電源的隨機(jī)噪聲也會(huì)使我們的輸出波形產(chǎn)生—定的影響，使輸出紋波增大。為減少這種噪聲，一方面可以選擇紋波小的電源，另一方面可以通過電源退耦以減小其影響。

2、高頻小信號(hào)的測(cè)量誤差

當(dāng)測(cè)量高頻小信號(hào)時(shí)，真有效值轉(zhuǎn)換芯片AD637的頻率衰減，導(dǎo)致電壓轉(zhuǎn)換達(dá)不到理想狀態(tài)。

3、測(cè)量高頻信號(hào)在電路中引入分布電容，使測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差。

4 、測(cè)量低頻信號(hào)使電路中引入耦合電容，使測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差。

（4）功能實(shí)現(xiàn)

六、 結(jié)束語

§6．1　參考書目

（１）黃智偉。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程。北京：電子工業(yè)出版社，2005年

（2）黃智偉。FPGA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐。北京：電子工業(yè)出版社。2004年

（3）潘松，黃繼業(yè)。EDA技術(shù)實(shí)用教程（第二版）。北京：科學(xué)出版社，2005年

（4）全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編（2003）。北京：北京理工大學(xué)出版社，2005年

（5）Keil Cx51 V7.0單片機(jī)高級(jí)語言編程與 Vision2應(yīng)用實(shí)踐。北京：電子工業(yè)出版社，2004年

（6）《MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)》

作者： 李華

出版社： 北京航空航天大學(xué)出版社

出版日期：2001-5-1

（7）《流行單片機(jī)實(shí)用子程序及應(yīng)用實(shí)例》

作者： 楊振江 杜鐵軍 李群

出版社： 西安電子科技大學(xué)出版社

出版日期：2002-7-1

（8）《51單片機(jī)教程》

EDA學(xué)習(xí)網(wǎng)（http://eda.）