電子測(cè)量論文數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)(參考版)
2024-10-11 08:19本頁(yè)面
【正文】 總的來(lái)說(shuō)，積分型性能較優(yōu)，應(yīng)用較廣泛。數(shù)字是電壓表最基本的核心是 A/D轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器是最基本的的兩種類型積分型和比較型。 14 單斜積分型 ADC （ 1） 電路結(jié)構(gòu)： 如圖 331 所示 圖 331 單斜積分型 ADC 電路結(jié)構(gòu) （ 2） 工作原理： 如圖 332 NkkT TV x 0?? 34 RCk Vr?? 35 NVx? 36 NkkT TV x 0?? 37 圖 332 單斜積分型 ADC 工作原理 15 （ 3） 單斜積分型 ADC 特點(diǎn)： 線路簡(jiǎn)單，成本低 ； 轉(zhuǎn)換速度：門控時(shí)間 T 即為單斜式 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，取決于斜波電壓的斜率，并與被測(cè)電壓值有關(guān)，在滿量程時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)，即轉(zhuǎn)換速度最慢； 應(yīng)用于精度和速度要求不高的 DVM 中 。 總會(huì)存在一定的誤差 。 單片集成雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器有 ADCEK8B(8 位，二進(jìn)制碼 )、 ADCEK10B(10位，二進(jìn)制碼 )、 MC14433(7/2 位， BCD 碼 )等。 (2) 對(duì)脈沖源 CP 要求不變，只要在 T1＋ T2 時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定即可 (3) 轉(zhuǎn)換精度高。如果取VREF =2nV，則 λ=VI ，計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)在數(shù)值上就等于被測(cè)電壓。 01 ),與在取樣時(shí)間 T1 內(nèi)輸入電壓的平均值成正比 VI 的。在此階段結(jié)束 13 時(shí) vO 的表達(dá)式可寫為 ： ? ? ? ? 01 12 ???? ? dttt REFPo VVtv ? 33 設(shè) T2=t2t1，于是有 ?? TVVT R E F 212 ?設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為 λ，則 T2=λTc， TVVTREFcn212 ?可見， T2 與 V1 成正比， T2 就是雙積分A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中的中間變量。于是，計(jì)數(shù)器在CP作用下從 0開始計(jì)數(shù)。積分器從 0V開始對(duì) vI 積分，其波形如圖 322斜線段 VPO? 所示。 (1) 準(zhǔn)備階段 首先控制電路提供 CR信號(hào)使計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)使開關(guān)閉合 S2 ，待積分電容放電完畢后，再使 S2 斷開。 下面以輸入正極性的直流電壓 vI 為例，說(shuō)明電路將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的基本原理。 （ 2） 工作原理： 雙積分 ADC的基本原理是對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。 （ 4） 時(shí)鐘脈沖控制門： 時(shí)鐘脈沖源標(biāo)準(zhǔn)周期 Tc，作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。觸發(fā)器 FF0 ～FFn1? 組成 n 級(jí)計(jì)數(shù)器，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖 CP 計(jì)數(shù)，以便把與輸入電壓平均值成 11 正比的時(shí)間間隔轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸出。比較器的輸出信號(hào)接至?xí)r鐘控制門 (G)作為關(guān)門和開門信號(hào)。 （ 2） 過(guò)零比較器： 過(guò)零比較器用來(lái)確定積分器的輸出電壓 V0 過(guò)零的時(shí)刻。 10 圖 331 雙積分式 ADC 電路結(jié)構(gòu) （ 1） 積分器： 積分器是轉(zhuǎn)換器的核心部分，它的輸入端所接開關(guān) S1 由定時(shí)信號(hào)控制。 （ 4）誤差影響： 轉(zhuǎn)換誤差的大小取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換誤差就越小。 9 圖 321 8 位逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器波形圖 （ 3） 逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器 特點(diǎn)： 逐次逼近比較式數(shù)字電壓表的測(cè)量精度高，速度快；但抗 干擾性差。由圖中 V0 的波形可見，在逐次比較過(guò)程中，與輸出數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬電 壓 V0 逐漸逼近 VA 值，最后得到 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果 D7～ D0為 10101111。 根據(jù)逐次比較 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作原理，可畫出在轉(zhuǎn)換過(guò)程中CP、啟動(dòng)脈沖、 D7～ D0 及 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓 V0 的波形，如圖 321 所示。這里以一個(gè)能進(jìn)行 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換的逐次逼近比較式數(shù)字電壓表來(lái)說(shuō)明該類問(wèn)題 DVM 的工作原理。若輸入電壓 UUx 0? ，則比較器輸出的差值電壓 UU xU 0???為正，輸出高電平；反之， U? 為負(fù)，輸出低電平。常用的電阻解碼網(wǎng)絡(luò)有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、
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