G题“积分式直流数字电压表”解析.ppt

* 积分式直流数字电压表2007年全国大学生电子设计竞赛试题G题 武汉职业技术学院 吴贻文 2008.07.10 积分式直流数字电压表(G题) 一. 题目要求 二. 题目分析及系统框图 三. 方案论证及设计 主要内容: 积分式直流数字电压表(G题) 一. 题目要求 1．任务 在不采用专用A/D转换器芯片的前提下，设计并制作积分型直流数字电压表。 积分式直流数字电压表(G题) 2．要求 一. 题目要求 (1)．基本要求 ① 测量范围：10mV～2V； ② 量程：200mV，2V； ③ 显示范围：十进制数0～1999； ④ 测量分辨率：1mV（2V档）； ⑤ 测量误差：≤±0.5％±5个字； ⑥ 采样速率：≥ 2次/秒； ⑦ 输入电阻：≥1M?； ⑧ 具有抑制工频干扰功能。 积分式直流数字电压表(G题) (2)．发挥部分 ① 测量范围：1mV～2V； ② 量程：200mV，2V； ③ 显示范围：十进制数0～19999； ④ 测量分辨率：0.1mV（2V档）； 2．要求 一. 题目要求 ⑤ 测量误差：≤±0.05％±5个字； ⑥ 具有自动校零功能； ⑦ 具有自动量程转换功能； ⑧ 其他。 积分式直流数字电压表(G题) 二. 题目分析及框图设计 1．A/D转换电路分析 ¤ 数字电压表的核心部分是A/D转换电路。 ¤ 目前A/D转换电路形式有：逐次逼近型、并行比较型、双积分等。 ¤ 各种转换形式各有优缺点。 ¤ 其中双积分的A/D具有精度高，抗干扰强等优点，但速度慢，适合测量静态或准静态信号。 ¤ 各类均有专用A/D转换器芯片。 ¤ 题目明确的指出采用双积分A/D，且不能用专用A/D芯片（例如7135等） 。 积分式直流数字电压表(G题) 二. 题目分析及框图设计 2．系统框图 电 源 控制处理单元（MCU） 滤波电路 自动校零 程控放大 小信号处理 积 分 器 显 示 键 盘 输入 积分式直流数字电压表(G题) 二. 题目分析及框图设计 3．系统框图组成 ¤ 程控放大电路：完成输入信号的调理和量程（200mV，2V或更多）的转换。 ¤ 自动校零电路：完成自动校零功能。 ¤ 积分器电路：由运放组成，完成电压－时间的转换。 ¤ 控制部分：控制量程转换、自动校零和积分器的正常工作，并完成人机对话功能。 ¤ 键盘、显示电路：完成人机对话。 ¤ 电源电路：为各电路提供电源。 积分式直流数字电压表(G题) 三. 方案论证及设计 1．程控放大器 根据题目要求我们将量程分成三档：20mV、200mV、2V,其中200mV、2V为题目的要求，20mV为扩展量程。 当输入信号小于20mv时放大100倍，当输入信号大于20mV但小于200mv时放大10倍，输入信号为200 mv～2v时输入信号不放大，这样处理后使各输入电压统一调理为0～2V。为防止自动量程转换时的抖动，相邻挡应有一定的重叠区。 要求控制芯片根据采集值能对量程自动化切换，同时输入级要求输入电阻≥1M?。 积分式直流数字电压表(G题) 三. 方案论证及设计 1．程控放大器 方案一:采用同相放大器,如下图： S1、S2、S3三个开关由单片机控制，分别完成放大1、10、100的功能，S1、S2、S3的闭合情况由单片机根据Vo的值自动完成，能实现自动量程转换功能；同时采用了同相放大器，输入阻抗Rif＝Ri×（1＋AF）,满足输入电阻≥1M?。 此电路的缺点为：不能实现差分输入，且抗共模干扰能力还需加强。 积分式直流数字电压表(G题)