CN207318583U - 一种基于积分式a/d转换器的直流数字电压表 - Google Patents
一种基于积分式a/d转换器的直流数字电压表 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型属于测量控制仪表领域，尤其涉及一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表。本实用新型的目的在于提供一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，旨在解决一般电压表测量误差大，速度和自动化程度较低的问题。所述直流数字电压表由输入放大与量程自动转换模块、三斜积分A/D转换模块、单片机计数控制模块、LCD液晶显示模块与基准电压信号生成模块组成，具有分辨率高，扩展能力强，测量速率快，输入阻抗高，抗干扰能力强，集成度高，微功耗等优点，而且自动化程度远远优于模拟式电压表。
Description
技术领域
本实用新型属于测量控制仪表领域，尤其涉及一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表。
背景技术
随着科学技术的快速发展，直流数字电压表的应用与推广越来越广泛，以目前技术水平来说，人们可以具体利用的单片机积分型测量电压的仪器还十分有限，因此这是一个正在蓬勃发展，同时具有无限前景的技术产业和领域。利用单片机积分型直流数字电压表可进行进一步精确的测量，而且其在价格、体积、节能方面，也与模拟电压表不相上下。因此，数字电压表取代模拟电压表的趋势已经十分明朗了。
当前市场上的电压表普遍精度不够好，难以进行高精度测量，同时稳定性不好，大部分的仪表抗干扰方面能力较差，产品质量参差不齐。功能单一，附加功能传统，没有创新。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，旨在解决一般电压表测量误差大，速度和自动化程度较低的问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，包括：输入放大与量程自动转换模块、三斜积分A/D转换模块、单片机计数控制模块、LCD液晶显示模块与基准电压信号生成模块，所述基准电压信号生成模块与所述输入放大与量程转换电路模块、三斜积分A/D转换电路模块、单片机计数控制电路模块、LCD液晶显示模块四个模块连接供电，所述输入放大与量程转换电路模块的输出端连接于所述三斜积分A/D转换电路模块的输入端，所述三斜积分A/D 转换电路模块的输出端连接于所述单片机计数控制电路模块的输入端，所述单片机计数控制电路模块的输出端连接于所述LCD液晶显示模块的输入端。
进一步根据本实用新型所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，输入放大与量程转换模块的主要作用是提高输入阻抗和完成量程转换，所述输入放大与量程自动转换模块采用OP07集成运算放大器构成放大电路，输入电路的核心是输入放大器和模拟开关CD4066 组成的量程自动转换电路，U1为OP07集成运算放大器，模拟开关TG1为自动校零控制、 TG2、TG3为量程自动转换控制；其中输出端为Uo，输入端为Ui，输入电压Ui分别连接TG1 的输入端和U1的管脚3，所述TG1的输出端与接地电阻R5连接，U1的1，8管脚分别接可变电阻RP1的两个电阻端，7管脚接在可变电阻RP1的调节端，2管脚接TG2和TG3的输入端，所述TG2，TG3的输出端间接有电阻R1，TG3输出端同时接接地电阻R2，TG2的输出端接输出可变电阻RP2的电阻端和调节端，RP2的另一端与管脚6连接，连接输出端Uo；电路被接成了电压串联负反馈放大器形式，输入电阻高达10000MΩ电路输入端采用RC低通滤波电路抑制交流干扰，输出端与A/D转换电路连接。
进一步根据本实用新型所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，所述三斜积分 A/D转换模块电路采用分立元件构成的三斜积分式A/D转换器，可以较好的改善转换速度慢的缺点；积分电路选用型号为OP07的U1，U2；积分电容选用CBB80电容；比较器选用型号为LM311的U3；电子开关均选用模拟开关CD4066芯片，只要将CD4066控制端接到单片机不同控制端口PBX上即可实现不同的开关通断控制；所述三斜积分A/D转换模块电路设置基准电压VREF为5V，输入端Ui接TG4的一端；TG5，TG6，TG8的一端分别接-VREF， -VREF/28和地，所述TG4另一端连接可变电阻RP3的一个电阻端和调节端，所述RP3另一端分别与电容C1，TG7和OP07芯片U1的管脚3连接，所述芯片U1的管脚2接地，管脚1 和8悬空，管脚4接-12V电压，管脚7接12V电压，管脚6接电容C1和TG7的另一端，同时接U2和U3的管脚3，所述U2的管脚1、管脚2接地，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP4的两个电阻端，管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP4的调节端，管脚7连接 PD2，同时连接电阻R3一端，所述R3另一端接5V电压；U3的管脚1接地，管脚2接-VREF/28，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP5两电阻端，管脚7连接PD3，同时连接电阻R4，所述R4另一端接5V电压，管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP5的调节端，PD2，PD3 作为输出与计时模块单片机4，5管脚相连。
进一步根据本实用新型所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，所述单片机计数控制模块采用ATMEGA8单片机实现对CD4066模拟开关的通断控制，从而实现量程自动转换、自动校零以及三斜积分A/D转换过程的控制，同时实现16位高速计数功能；所述ATMEGA8单片机的管脚7接5V电压和接地电容C4，管脚4，5，13分别接输入端PD2，PD3和 TG7，管脚9，10接在晶体振荡器Y的两端，管脚9同时接在电容C3的一端，所述C3另一端接地，管脚10同时接在电容C2的一端，所述C2另一端接地，管脚23-28接TG1-TG6，管脚1接极性电容C5的正极，所述C5负极接地，管脚1同时接接地开关S1和电阻R2的一端，R2另一端接5V电压，管脚8接地，输出端PD1，PD0与显示模块输入端相连接。
进一步根据本实用新型所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，所述LCD液晶显示模块部分采用1602LCD液晶显示器实现A/D转换数据和测量电压值的显示，本实用新型采用点阵式液晶显示器(LCD)显示；显示器使用型号为WYM1602A的芯片JP2，所述 JP2的管脚1接地，管脚2，15与可变电阻R1两端连接，管脚3接R1调节端，管脚2，管脚14接5V电压，管脚15接地，管脚4-6接PD4-6，管脚7-12接PB0-5，DB6，DB7作为输入端接单片机计数控制模块的PD0，PD1，由液晶屏产生测量值输出。
进一步根据本实用新型所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，所述基准电压信号生成模块选用TL431AA三端可调稳压器，两组电压跟随器选用型号为OP07的精密运放 IC101和IC102；可变电阻RW101、RW103选用多圈精密可变电阻；电位器RW102选用10圈线绕精密电位器；所述稳压器DZ101的A极接地，K极接电阻R101的一端，K极与R极相连接，R101另一端接5V电压，R102一端接地，另一端接RW101的电阻端，同时接IC101 的管脚3，IC101的管脚3接极性电容C102的正极和RW101的调节端，C102负极接地，RW101 的另一电阻端接DZ101的R极，IC101管脚7，4分别接5V和-5V，管脚1，8悬空，管脚2， 6相接，管脚6接可变电阻RW102的电阻端，所述RW102另一电阻端接地，调节端接IC102 的管脚3，IC102的管脚3接接地电容C101，IC102管脚1，8接可变电阻R103的两电阻端， R103的调节端接IC102的管脚7，管脚4接-5V，管脚2，6相接，接在输出端与各个模块相连接。
本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：
1.显示清晰直观，读数准确。
2.数字电压表能避免人为测量误差，保证测量精度。
3.分辨率高，扩展能力强，测量速率快，输入阻抗高，抗干扰能力强，集成度高，微功耗，而且自动化程度远远优于模拟式电压表。
附图说明
图1是本实用新型的整体电路框图；
图2是本实用新型的输入放大与量程自动转换电路图；
图3是本实用新型的三斜积分A/D转换模块电路图；
图4是本实用新型的单片机计数控制模块电路图；
图5是本实用新型的LCD液晶显示模块电路图；
图6是本实用新型的基准电压信号生成模块电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型总体结构如图1所示，由输入放大与量程自动转换模块、三斜积分A/D转换模块、单片机计数控制模块、LCD液晶显示模块与基准电压信号生成模块构成。
所述基准电压信号生成模块与所述输入放大与量程转换电路模块、三斜积分A/D转换电路模块、单片机计数控制电路模块、LCD液晶显示模块四个模块连接供电，所述输入放大与量程转换电路模块的输出端连接于所述三斜积分A/D转换电路模块的输入端，所述三斜积分 A/D转换电路模块的输出端连接于所述单片机计数控制电路模块的输入端，所述单片机计数控制电路模块的输出端连接于所述LCD液晶显示模块的输入端。
本实用新型的输入放大与量程转换模块的主要作用是提高输入阻抗和完成量程转换，本设计采用OP07集成运算放大器构成放大电路，输入电路的核心是输入放大器和模拟开关 CD4066组成的量程自动转换电路，U1为OP07集成运算放大器，模拟开关TG1为自动校零控制、TG2、TG3为量程自动转换控制，如图2所示。其中输出端为Uo，输入端为Ui，图中输入电压Ui分别连接TG1的输入端和U1的管脚3，所述TG1的输出端与接地电阻R5连接，U1的1，8管脚分别接可变电阻RP1的两个电阻端，7管脚接在可变电阻RP1的调节端，2 管脚接TG2和TG3的输入端，所述TG2，TG3的输出端间接有电阻R1，TG3输出端同时接接地电阻R2，TG2的输出端接输出可变电阻RP2的电阻端和调节端，RP2的另一端与管脚6 连接，连接输出端Uo。电路被接成了电压串联负反馈放大器形式，输入电阻高达10000MΩ电路输入端采用RC低通滤波电路抑制交流干扰，输出端与A/D转换电路连接。
本实用新型的三斜积分A/D转换模块电路采用分立元件构成的三斜积分式A/D转换器，可以较好的改善转换速度慢的缺点，电路如图3所示。图中放大电路，积分电路选用型号为 OP07的U1，U2；积分电容选用CBB80电容；比较器选用型号为LM311的U3；电子开关均选用模拟开关CD4066芯片，只要将CD4066控制端接到单片机不同控制端口PBX上即可实现不同的开关通断控制。电路中设置基准电压VREF为5V，输入端Ui接TG4的一端。TG5， TG6，TG8的一端分别接-VREF，-VREF/28和地，所述TG4另一端连接可变电阻RP3的一个电阻端和调节端，所述RP3另一端分别与电容C1，TG7和OP07芯片U1的管脚3连接，所述芯片U1的管脚2接地，管脚1和8悬空，管脚4接-12V电压，管脚7接12V电压，管脚 6接电容C1和TG7的另一端，同时接U2和U3的管脚3，所述U2的管脚1、管脚2接地，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP4的两个电阻端，管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP4的调节端，管脚7连接PD2，同时连接电阻R3一端，所述R3另一端接5V电压。 U3的管脚1接地，管脚2接-VREF/28电压，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP5两电阻端，管脚7连接PD3，同时连接电阻R4，所述R4另一端接5V电压。管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP5的调节端。PD2，PD3作为输出与计时模块单片机4，5管脚相连。
本实用新型的单片机计数控制模块采用ATMEGA8单片机实现对CD4066模拟开关的通断控制，从而实现量程自动转换、自动校零以及三斜积分A/D转换过程的控制，同时实现16 位高速计数功能。电路如图4所示，所述ATMEGA8单片机的管脚7接5V电压和接地电容C4，管脚4，5，13分别接输入端PD2，PD3和TG7，管脚9，10接在晶体振荡器Y的两端，管脚9 同时接在电容C3的一端，所述C3另一端接地，管脚10同时接在电容C2的一端，所述C2 另一端接地。管脚23-28接TG1-TG6，管脚1接极性电容C5的正极，所述C5负极接地，管脚1同时接接地开关S1和电阻R2的一端，R2另一端接5V电压。管脚8接地，输出端PD1， PD0与显示模块输入端相连接。
本实用新型的LCD液晶显示模块部分采用1602LCD液晶显示器实现A/D转换数据和测量电压值的显示，本实用新型采用点阵式液晶显示器(LCD)显示。显示器使用型号为WYM1602A的芯片JP2，电路如图5所示，所述JP2的管脚1接地，管脚2，15与可变电阻 R1两端连接，管脚3接R1调节端，管脚2，管脚14接5V电压，管脚15接地，管脚4-6接 PD4-6，管脚7-12接PB0-5，DB6，DB7作为输入端接单片机模块的PD0，PD1，由液晶屏产生测量值输出。
本实用新型的基准电压信号生成模块选用TL431AA三端可调稳压器，两组电压跟随器选用型号为OP07的精密运放IC101和IC102；可变电阻RW101、RW103选用多圈精密可变电阻；电位器RW102选用10圈线绕精密电位器。电路原理如图6所示，所述稳压器DZ101 的A极接地，K极接电阻R101的一端，K极与R极相连接，R101另一端接5V电压。R102 一端接地，另一端接RW101的电阻端，同时接IC101的管脚3，IC101的管脚3接极性电容 C102的正极和RW101的调节端，C102负极接地，RW101的另一电阻端接DZ101的R极， IC101管脚7，4分别接5V和-5V，管脚1，8悬空，管脚2，6相接，管脚6接可变电阻RW102 的电阻端，所述RW102另一电阻端接地，调节端接IC102的管脚3，IC102的管脚3接接地电容C101，IC102管脚1，8接可变电阻R103的两电阻端，R103的调节端接IC102的管脚7，管脚4接-5V，管脚2与管脚6相连接并且接在输出端。
本实用新型采用普通元器件构成模拟部分，利用ATMEGA8单片机借助软件实现数字计数显示功能，同时采用ATMEGA8单片机控制实现直流电压表量程的自动转换、自动校零、和液晶显示等功能。采用三斜积分式A/D转换器将输入的直流电压ui转换成与ui成正比的时间间隔，在此期间用ATMEGA8单片机计数器对恒定频率的时钟脉冲计数，计数结束时，计数器记录的数字量正比于输入的模拟电压，从而实现模拟量到数字量的转换，然后根据数字量与电压的关系，通过计数器记录的数字量得到电压值，最终用液晶屏进行输出。
以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。
Claims (6)
1.一种基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，包括：输入放大与量程自动转换模块、三斜积分A/D转换模块、单片机计数控制模块、LCD液晶显示模块与基准电压信号生成模块，所述基准电压信号生成模块与所述输入放大与量程转换电路模块、三斜积分A/D转换电路模块、单片机计数控制电路模块、LCD液晶显示模块四个模块连接供电，所述输入放大与量程转换电路模块的输出端连接于所述三斜积分A/D转换电路模块的输入端，所述三斜积分A/D转换电路模块的输出端连接于所述单片机计数控制电路模块的输入端，所述单片机计数控制电路模块的输出端连接于所述LCD液晶显示模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，输入放大与量程转换模块的主要作用是提高输入阻抗和完成量程转换，所述输入放大与量程自动转换模块采用OP07集成运算放大器构成放大电路，输入电路的核心是输入放大器和模拟开关CD4066组成的量程自动转换电路，U1为OP07集成运算放大器，模拟开关TG1为自动校零控制、TG2、TG3为量程自动转换控制；其中输出端为Uo，输入端为Ui，输入电压Ui分别连接TG1的输入端和U1的管脚3，所述TG1的输出端与接地电阻R5连接，U1的1，8管脚分别接可变电阻RP1的两个电阻端，7管脚接在可变电阻RP1的调节端，2管脚接TG2和TG3的输入端，所述TG2，TG3的输出端间接有电阻R1，TG3输出端同时接接地电阻R2，TG2的输出端接输出可变电阻RP2的电阻端和调节端，RP2的另一端与管脚6连接，连接输出端Uo；电路被接成了电压串联负反馈放大器形式，输入电阻高达10000MΩ，电路输入端采用RC低通滤波电路抑制交流干扰，输出端与A/D转换电路连接。
3.根据权利要求1所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，所述三斜积分A/D转换模块电路采用分立元件构成的三斜积分式A/D转换器；积分电路选用型号为OP07的U1，U2；积分电容选用CBB80电容；比较器选用型号为LM311的U3；电子开关均选用模拟开关CD4066芯片，只要将CD4066控制端接到单片机不同控制端口PBX上即可实现不同的开关通断控制；所述三斜积分A/D转换模块电路设置基准电压VREF为5V，输入端Ui接TG4的一端；TG5，TG6，TG8的一端分别接-VREF，-VREF/28和地，所述TG4另一端连接可变电阻RP3的一个电阻端和调节端，所述RP3另一端分别与电容C1，TG7和OP07芯片U1的管脚3连接，所述芯片U1的管脚2接地，管脚1和8悬空，管脚4接-12V电压，管脚7接12V电压，管脚6接电容C1和TG7的另一端，同时接U2和U3的管脚3，所述U2的管脚1、管脚2接地，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP4的两个电阻端，管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP4的调节端，管脚7连接PD2，同时连接电阻R3一端，所述R3另一端接5V电压；U3的管脚1接地，管脚2接-VREF/28，管脚4接-12V，管脚5，6接可变电阻RP5两个电阻端，管脚7连接PD3，同时连接电阻R4，所述R4另一端接5V电压，管脚8接12V电压，同时接可变电阻RP5的调节端，PD2，PD3作为输出与计时模块单片机4，5管脚相连。
4.根据权利要求1所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，所述单片机计数控制模块采用ATMEGA8单片机实现对CD4066模拟开关的通断控制，从而实现量程自动转换、自动校零以及三斜积分A/D转换过程的控制，同时实现16位高速计数功能；所述ATMEGA8单片机的管脚7接5V电压和接地电容C4，管脚4，5，13分别接输入端PD2，PD3和TG7，管脚9，10接在晶体振荡器Y的两端，管脚9同时接在电容C3的一端，所述C3另一端接地，管脚10同时接在电容C2的一端，所述C2另一端接地，管脚23-28接TG1-TG6，管脚1接极性电容C5的正极，所述C5负极接地，管脚1同时接接地开关S1和电阻R2的一端，R2另一端接5V电压，管脚8接地，输出端PD1，PD0与显示模块输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，所述LCD液晶显示模块部分采用1602LCD液晶显示器实现A/D转换数据和测量电压值的显示，所述LCD液晶显示模块另一部分采用点阵式液晶显示器LCD显示；显示器使用型号为WYM1602A的芯片JP2，所述JP2的管脚1接地，管脚2，15与可变电阻R1两端连接，管脚3接R1调节端，管脚2，管脚14接5V电压，管脚15接地，管脚4-6接PD4-6，管脚7-12接PB0-5，DB6，DB7作为输入端接单片机计数控制模块的PD0，PD1，由液晶屏产生测量值输出。
6.根据权利要求1所述的基于积分式A/D转换器的直流数字电压表，其特征在于，所述基准电压信号生成模块选用TL431AA三端可调稳压器，两组电压跟随器选用型号为OP07的精密运放IC101和IC102；可变电阻RW101、RW103选用多圈精密可变电阻；电位器RW102选用10圈线绕精密电位器；所述稳压器DZ101的A极接地，K极接电阻R101的一端，K极与R极相连接，R101另一端接5V电压，R102一端接地，另一端接RW101的电阻端，同时接IC101的管脚3，IC101的管脚3接极性电容C102的正极和RW101的调节端，C102负极接地，RW101的另一电阻端接DZ101的R极，IC101管脚7，4分别接5V和-5V，管脚1，8悬空，管脚2，6相接，管脚6接可变电阻RW102的电阻端，所述RW102另一电阻端接地，调节端接IC102的管脚3，IC102的管脚3接接地电容C101，IC102管脚1，8接可变电阻R103的两电阻端，R103的调节端接IC102的管脚7，管脚4接-5V，管脚2与管脚6相连接并且接在输出端。
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|---|---|---|---|---|
| CN109633231A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 一种电流表自适应量程电路、电流表以及电流表自适应量程切换方法 |
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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