電子測量論文數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)-閱讀頁
2024-10-27 08:19本頁面
【正文】 +比 較 器C L KS T A R TA /D轉(zhuǎn)換結(jié)果2 1 2nM S BL S BVrN 8 （ 2）工作原理： 原理 類似于天平稱量過程，利用增減標(biāo)準(zhǔn)電壓的方法改變步進(jìn)砝碼電壓來實(shí)現(xiàn)與被測電壓相平衡，即使得 U0 逐次逼近 Ux ，則被測電壓 Ux 就轉(zhuǎn)換為數(shù)碼寄存器輸出的數(shù)字量，該數(shù)字量京譯碼后，以十 進(jìn)制數(shù)字顯示出測量結(jié)果。 設(shè)圖 311 電路為 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量 VA =， D/A 轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓 VREF =10V。可見，當(dāng)啟動脈沖低電平到來后轉(zhuǎn)換開始，在第一個 CP 作用下，數(shù)據(jù)寄存器將D7～ D0=10000000 送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓 V0 =5V， VA 與 V0 比較，VA V0 存 1；第二個 CP 到來時，寄存器輸出 D7～ D0=11000000， V0 為 ，VA 再與 比較，因 VA ，所以 D6 存 0；輸入 第三個 CP 時， D7～D0=10100000， V0 =； VA 再與 V0 比較， …… 如此重復(fù)比較下去，經(jīng) 8 個時鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該數(shù)字量所對應(yīng)的模擬電壓為 ，與實(shí)際輸入的模擬電壓 的相對誤差為 %。其量精度與基準(zhǔn)電壓、 D/A 轉(zhuǎn)換器以及比較器的漂移有關(guān)；測量速度與輸出數(shù)字量的位數(shù)及時鐘頻率有關(guān)，而與被測電壓的大小無關(guān)。 雙積分式 ADC （ 1）電路結(jié)構(gòu)： 圖 321 是這種轉(zhuǎn)換器的原理電路，它由積分器 (由集成運(yùn)放 A 組成 )、過零比較器 (C)、時鐘脈沖控制門（ G）和計(jì)數(shù)器（ FF0 ～ FFn ）等幾部分組成 。當(dāng) Qn為不同電平時，極性相反的輸入電壓 vI 和參考電壓 VREF 將分別加到積分器的輸入端，進(jìn)行兩次方向相反的積分，積分時間常數(shù) τ=RC。當(dāng) V0 ≥0 時，比較器輸出 VC 為低電平；當(dāng) V0 ＜ 0 時， VC 為高電平。 （ 3） 計(jì)數(shù)器和定時器： 它由 n+1 個接成計(jì)數(shù)器的觸發(fā)器 FF0 ～ FFn1? 串聯(lián)組成。當(dāng)計(jì)數(shù)到 2n 個時鐘脈沖時， FF0 ～FFn1? 均回到 0 態(tài)，而 FFn 翻轉(zhuǎn)到 1 態(tài) ， Qn =1 后開關(guān) S1 從位置 A 轉(zhuǎn)接到 B。當(dāng) VC =1 時，門打開，時鐘脈沖通過門加到觸發(fā)器 FF0 的輸入端。由于該轉(zhuǎn)換電路是對輸入電壓的平均值進(jìn)行變換，所以它具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力，在數(shù)字測量中得到廣泛應(yīng)用。電路工作過程分為以下幾個階段進(jìn)行，圖中各處的工作波形如圖 322所示。 (2) 第一積分階段 在轉(zhuǎn)換過程開始時（ t=0），開關(guān) S1 與 A端接通，正的輸入電壓 vI 加到積分器的輸入端。根據(jù)積分器的原理可得 ： dtto vv ??? 0 11? （其中 RC?? ） 31 12 由于 0?vO 過零比較器輸出為高電平，時鐘控制門 G被打開。經(jīng) 2n個時鐘脈沖后，觸發(fā)器 FF0 ～ FFn1? 都翻轉(zhuǎn)到 0態(tài)，而 Qn =1，開關(guān) S1由 A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到 B點(diǎn)，第一次積分結(jié)束，第一次積分時間為t=T1=2nTc 令 vI 為 輸 入 電 壓 在 T1 時 間 間 隔 內(nèi) 的 平 均 值 ，則 由式dtto vv ??? 0 11? 可得第一次積分結(jié)束時積分器的輸出電壓為 Vp VTVTV p 111 2 ?? ???? 32 圖 323 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器各處工作 波 形 (3) 第二積分階段 當(dāng) t=t1時， S1轉(zhuǎn)接到 B點(diǎn)，具有與 vI 相反極性的基準(zhǔn)電壓 VREF 加到積分器的輸入端；積分器開始向相反方向進(jìn)行第二次積分；當(dāng) t=t2時，積分器輸出電壓vO ≥0，比較器輸出 VC =0，時鐘脈沖控制門 G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。上式表明，在計(jì)數(shù)器中所得的數(shù) λ(λ=Qn1? 只要 VI VREF ，轉(zhuǎn)換器就能正常地將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并能從計(jì)數(shù)器讀取轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 （ 3） 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 特點(diǎn)： (1) 計(jì)數(shù)脈沖個數(shù) λ與 RC無關(guān)，可以減小由 RC積分非線性帶來的 誤差。 (4) 轉(zhuǎn)換速度慢，不適于高速應(yīng)用場合。 （ 4）誤差影響 實(shí)際的積分器并不能實(shí)現(xiàn)理想的積分 。 運(yùn)算放大器開環(huán)增益和輸入電阻有限 、 頻帶有限，積分電容器漏電阻阻值有限所引起 。 16 結(jié)論 電壓是最基本的電參數(shù)，其他許多點(diǎn)參量可看做 電壓的派生量，電壓測量方便，因此電壓測量是電子測量中最基本的測量。前者抗干擾能力強(qiáng)，測量精度高，但測量速率低；后者測量速度快，但抗干擾能力差。
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