測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)計報告

1、測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)計報告 測控技術(shù)與儀器專業(yè)課程設(shè)計報告班級： 班級： 041151 姓名： 姓名： 賀湘媚 賀湘媚 學(xué)號： 學(xué)號：04115089 起始時間： 起始時間：2015 年 3 月 16 日—3 月 30 日課程設(shè)計題目：檢測電壓量程自動切換電路設(shè)計 課程設(shè)計題目：檢測電壓量程自動切換電路設(shè)計一、 一、對題目的認識和理解 對題目的認識和理解電壓測量是電子系統(tǒng)中不可或缺的一項技術(shù),隨

2、著待測電壓動態(tài)范圍的急劇擴大,需要能實現(xiàn)量程自動切換的測量方法.提出一種自動量程切換電壓測量系統(tǒng)的設(shè)計方法,該系統(tǒng)基于程控增益放大器器件,使用單片機控制其增益實現(xiàn)量程的自動切換.針對信道誤差、溫度漂移等問題,采用通道自校準技術(shù),降低了信道對于測量的誤差.通過對實際軟硬件的測試表明,該系統(tǒng)能準確根據(jù)大小信號調(diào)整量程,并對系統(tǒng)及環(huán)境誤差有一定的抗干擾能力。二、 二、方案論證與比較 方案論證與比較在電子系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試過程中，電壓測量往往是一個測

3、控或測量系統(tǒng)中不可缺的項目。對于電壓測量，若其在一個小動態(tài)范圍內(nèi)變化，則無論電平高低，要做到精確測量并不困難。但當被測量在寬動態(tài)范圍內(nèi)變化時，例如從 mV 級甚至μV 級到 V 級，做到測量誤差均勻的控制在一定范圍之內(nèi)，常用的方式是切換量程，即指定測量范圍，例如常用的數(shù)字電壓表等儀器。然而在許多情況下為了保證測量的實時性，測量時不可能變換測量通道的量程，因此要在整個電壓變化范圍內(nèi)做到精確測量就凸顯出其重要性。本文基于 MCU AT89C

4、51 控制，實現(xiàn)了一種自動量程切換的電壓測試系統(tǒng)。電壓測量原理及系統(tǒng)組成為了對不同量級的電壓信號進行測量，對輸入信號進行放大時就不能采用相同的增益倍數(shù)。系統(tǒng)要求能根據(jù)不同信號幅值，自動選擇相適應(yīng)的增益倍數(shù)。在本方案中采用單片機判斷輸入電平的量級，通過通道選擇開關(guān)，控制前級放大器的增益系數(shù)，使其輸出符合后級 ADC 的輸入電平要求。再通過 MCU 對采樣結(jié)果計算分析，將得到的結(jié)果顯示在 LED 顯示器上，可以通過按鍵控制測量的起始狀態(tài)，默

5、認狀態(tài)下為一直處于測量狀態(tài)。為消除信道在不同溫度、濕度等狀態(tài)下對測量的影響，增加了基準電壓自校準功能，其測量系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。三、單元電路（含傳感器選型和電路）的設(shè)計與說明 三、單元電路（含傳感器選型和電路）的設(shè)計與說明1. 前級程控放大電路由于輸入信號最小為μV 級，對于前級放大器的要求很高，需要有合適的溫度系數(shù)、噪聲系數(shù)等。目前一些方案中多數(shù)采用斬波放大器。本文采用 ADI 公司的具有超低失調(diào)、超低漂移和偏置電流特性的寬帶自穩(wěn)

6、零放大器 AD8628，可提供自穩(wěn)零或斬波穩(wěn)定放大器才具有的特性優(yōu)勢，將低成本與高精度、低噪聲特性融于一體。AD8628 的失調(diào)電壓僅為 1μV，失調(diào)電壓漂移小于 0．005μV／℃，噪聲僅為 0．5μV 峰峰值，因而適合不容許存在誤差源的應(yīng)用。其在工作溫度范圍內(nèi)的漂移接近零，對位置和壓力傳感器、醫(yī)療設(shè)備以及應(yīng)變計放大器應(yīng)2. 通道自校準為了消除信道給測量帶來的誤差，在電路和程序中增加了自校準部分。其主要原理是通過比對基準電壓和待測電壓

7、在相同信道中的測量值，進一步消除系統(tǒng)信道帶來的誤差。基準電壓通過穩(wěn)壓器件和一系列分壓電阻得到一組不同量級且高精度的電壓基準源，設(shè)置為 1 mV，10 mV，50 mV，100 mV，500 mV，1 V 等。設(shè)某通道的輸入信號為 VX，經(jīng)過測量得到的結(jié)果為 V'X；選擇合適的量程范圍，選擇距離此范圍最接近的基準電壓 VS1 和VS2，經(jīng)過同樣的信道測量的結(jié)果為 V'S1 和 V'S2，那么根據(jù)相似性原

8、理可以得到：由此推算得到真實的測量值為：通過在線基準電壓校準從根本上消除了放大、濾波等環(huán)節(jié)由于器件參數(shù)分散性所引入的單向偏差問題，使測量系統(tǒng)的精度得到進一步的提升。五、其它需要說明的問題 五、其它需要說明的問題電壓是電子系統(tǒng)中最基本的測量值之一，也是諸多非電子傳感器轉(zhuǎn)換為電子測量時最常用的物理量。其快速準確測量無論是對于電子系統(tǒng)設(shè)計，還是對各種物理信號的測量，都有極其重要的意義。本文實現(xiàn)了一種基于單片機的自動量程切換的電壓測量系統(tǒng)，能在

9、較寬電平范圍內(nèi)準確地測量其電壓值。此外采用基準電壓測量，最大限度地減小信道對測量結(jié)果帶來的誤差。六、附錄（包括電路原理圖、程序流程圖、程序清單、參考資料清單等） 六、附錄（包括電路原理圖、程序流程圖、程序清單、參考資料清單等）[1]楊丕楠，劉彥鵬，吳明光．一種基于電壓頻率變換的高精度測量系統(tǒng)的精度得到進一步的提升。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]．自動化儀表，2006(Z1)：144—146·[2]陳步月，張秋平．雷楓．V／F 轉(zhuǎn)換電壓測