数字式智能毫伏表的设计与研究 数字式直流毫伏表

　　摘要:本文主要介绍了一种智能型超高频毫伏表的设计。设计以单片机8031为核心用来处理数据,控制整个仪表的工作。该仪表可进行多次采样,并且能够实时显示信号的电压和频率值,同时可拟合出各段电压的曲线并进行自动校正,使仪表的测量精度和灵敏度都得到了大大的提高。
　　关键词:超高频毫伏表 单片机 电压测量 频率测量
　　
　　1 引言
　　 测量技术和测量仪表的发展是一个国家科学技术、工业化水平和现代化程度的重要标志。在无线电子测量中,频率测量、电压测量占有重要的地位,而高频电压信号测量的精度和手段更是当今测量仪器中极为关注的问题。高频电路中的电压和频率是最主要的电路参数,因此超高频率、电压的计量是许多参数的测量基础。本文在吸收以前此类产品的优点的同时设计了一种实现实时测量并显示的数字式智能型超高频毫伏表。
　　
　　2 设计框图与工作原理
　　2.1 设计框图
　　系统设计的框图如图1所示。
　　2.2 工作原理
　　系统输入的为高频小信号,系统主要包括两大部分即电压测量和频率测量。输入信号的电压测量采用检波法,经倍压检波器后,由放大器进行程控放大,放大后经A/D转换,将模拟信号变为数字信号,进入单片机8031的微处理器,由于干扰信号的存在,所以必须对信号进行多次测量,求其平均值,最后进入误差校正,所得的数据才能送入显示器件,从而完成电压的测量功能。
　　 在测量频率的过程中,被测信号的频带较宽,上至几百兆赫,下至几百千赫,而单片机8031只能进行几百千赫兹的信号的检测和处理,所以对被测信号必须进行多级分频,使信号落在单片机可处理的范围内。其中在处理高频电路时,采用ECL电路。ECL电路是发射极耦合逻辑电路,是一种非饱和型的数字逻辑电路,它可以消除限制速度,提高晶体管的存储时间,具有工作速度快,逻辑功能强,扇出能力高,噪声比较低,引线干扰少等优点。由于单片机内部带有定时器、计数器等,所以控制信号、启动信号、复位信号、量程转换等均由单片机进行控制,克服了传统的频率计手动控制闸门时间,选择不同量程的不利因素。
　　
　　3 系统软件设计
　　3.1 软件设计模块图
　　一个系统的层次和功能反映了整个系统智能化水平的高低。本系统在设计中采用了模块化的思想,使设计层次清晰,结构简单。其具体模块如图2所示。
　　4 系统抗干扰设计
　　系统的可靠性是由多种因素决定的,其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。因此,抗干扰设计是系统研制和开发过程中一个不可忽视的重要内容。
　　4.1 硬件抗干扰设计
　　对系统的电源引入双T滤波网络,抑制外界工频信号的干扰;增加WDT(监视定时器)电路,消除电磁干扰,避免一部分寄存器和存储器的内容被破坏。
　　4.3 软件抗干扰设计
　　软件抗干扰设计时遵循以下原则:
　　(1)系统中的干扰软件不会因干扰而损坏; (2)系统中的抗干扰软件不会损坏硬件电路;(3)干扰不是连续的,而是随机的。系统的程序不会因干扰的侵入而发生变化,对于单片机系统,程序及数据的存在不会因干扰而损坏。
　　4.4 印刷电路板的抗干扰设计
　　 印刷电路板是危机系统中的信号线、电源线的高密度集合体,印刷电路设计的好坏对抗干扰的影响很大。该系统中主要采取了以下措施:
　　 (1)印刷电路上每个集成电路芯片的电源引脚处,都设置了一个0.01μF的陶瓷电容和一个3.3μF的限噪电容;(2)所有集成芯片的不用管脚均采取接地或接电源等其他各种处理,避免不必要的逻辑干扰;(3)数字、模拟电路分开,数字地与模拟地保持一点连接。
　　5 结语
　　 本系统综合了高频电压表和频率计两种功能。采用单片机进行自动测频,采集数据、误差校正变得非常容易,测量精度和灵敏度也得到了大大的提高。经过大量的实验,其相对误差可达到5‰,主要由于干扰和随机误差的存在。可在电路的选择和频率测量部分进一步改进。
　　
　　参考文献
　　[1] 张志良.单片机原理与控制技术.北京:机械工业出版社,2002.
　　[2] 李腊元.智能仪器仪表.北京:科学出版社,1998.
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