什麼是雙積分式數字電壓表

2021-05-28 12:09:38 字數 2812 閱讀 8367

1樓:匿名使用者

設計分三個模組:微控制器控制及液晶顯示模組、電源模組、雙積分模數轉換模組。微控制器控制模組以微控制器at89c52為核心,把輸入的模擬電壓轉換成數字量輸出;電源模組包括兩個模組:

輸出±15v電源和輸出±5v電源,我們用三端穩壓管7815構造+15v電源電路,用7915構造-15v電源電路,用7805構造+5v電源電路,用7905構造-5v電源;雙積分adc是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分,將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔,然後利用時鐘脈衝和計數器測出此時間間隔,進而得到相應的數字量輸出。由於該轉換電路是對輸入電壓的平均值進行變換,所以它具有很強的抗工頻干擾能力,在數字測量中得到廣泛應用。雙積分模數轉換模組先把輸入模擬電壓ui轉換成相應的時間間隔t,再用t去控制送入計數器的頻率固定的cp脈衝的個數,從而實現a/d轉換――將ui轉換成計數器中的二進位制數。

實現在不採用專用a/d轉換器晶片的前提下,設計並製作積分型直流數字電壓表。

2樓:匿名使用者

1.轉換方式

v-t型間接轉換adc。

2. 電路結構

圖11.11.1是這種轉換器的原理電路,它由積分器(由整合運放a組成)、過零比較器(c)、時鐘脈衝控制門(g)和計數器(ff0~ffn)等幾部分組成。

圖11.11.1 雙積分a/d轉換器

(1)積分器

積分器是轉換器的核心部分,它的輸入端所接開關s1由定時訊號qn控制。當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,進行兩次方向相反的積分,積分時間常數τ=rc。

(2)過零比較器

過零比較器用來確定積分器的輸出電壓v0過零的時刻。當v0≥0時,比較器輸出vc為低電平;當v0<0時,vc為高電平。比較器的輸出訊號接至時鐘控制門(g)作為關門和開門訊號。

(3)計數器和定時器

它由n+1個接成計數器的觸發器ff0~ffn-1串聯組成。觸發器ff0~ffn-1組成n級計數器,對輸入時鐘脈衝cp計數,以便把與輸入電壓平均值成正比的時間間隔轉變成數字訊號輸出。當計數到2n個時鐘脈衝時,ff0~ffn-1均回到0態,而ffn翻轉到1態,qn=1後開關 s1從位置a轉接到b。

(4)時鐘脈衝控制門

時鐘脈衝源標準週期tc,作為測量時間間隔的標準時間。當vc=1時,門開啟,時鐘脈衝通過門加到觸發器ff0的輸入端。

3.工作原理

雙積分adc的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分,將輸入電壓平均值變成與之成正比的時間間隔,然後利用時鐘脈衝和計數器測出此時間間隔,進而得到相應的數字量輸出。由於該轉換電路是對輸入電壓的平均值進行變換,所以它具有很強的抗工頻干擾能力,在數字測量中得到廣泛應用。

下面以輸入正極性的直流電壓vi為例,說明電路將模擬電壓轉換為數字量的基本原理。電路工作過程分為以下幾個階段進行,圖中 各處的工作波形如圖11.11.

2所示。 (1) 準備階段

首先控制電路提供cr訊號使計數器清零,同時使開關s2閉合,待積分電容放電完畢後,再使s2斷開。

(2) 第一次積分階段

在轉換過程開始時(t=0),開關s1與a端接通,正的輸入電壓vi加到積分器的輸入端。積分器從0v開始對vi積分,其波形如圖11.11.

2斜線o-vp段所示。 根據積分器的原理可得

(其中τ=rc)

由於vo<0,過零比較器輸出為高電平,時鐘控制門g被開啟。於是,計數器在cp作用下從0開始計數。經2n個時鐘脈衝後,觸發器ff0~ffn-1 都翻轉到0態,而qn=1,開關s1由a點轉接到b點,第一次積分結束,第一次積分時間為t=t1=2ntc 令vi為輸入電壓在t1時間間隔內的平均值, 則由式 可得第一次積分結束時積分器的輸出電壓為vp

圖11.11.2雙積分a/d轉換器各處工作波形

(3) 第二積分階段

當t=t1時,s1轉接到b點,具有與vi相反極性的基準電壓-vref加到積分器的輸入端;積分器開始向相反方向進行第二次積分;當t=t2時,積分器輸出電壓v0≥0,比較器輸出vc=0,時鐘脈衝控制門g被關閉,計數停止。在此階段結束時v0的表示式可寫為

設t2=t2-t1,於是有 設在此期間計數器所累計的時鐘脈衝個數為λ,則 t2=λtc

可見,t2與v1成正比,t2就是雙計分a/d轉換過程中的中間變數。

上式表明,在計數器中所得的數λ(λ=qn-1···q1q0),與在取樣時間t1內輸入電壓的平均值vi成正比的。只要vi

由於雙積分a/d轉換器在時間內採的是輸入電壓的平均值,因此具有很強的抗工頻干擾的能力。尤其對週期等於t1或幾分之一的對稱干擾(所謂對稱干擾是指整個週期內平均值為零的干擾),從理論上來說,有無窮大的抑制能力。即使當工頻干擾幅度大於被測直流訊號,使得輸入訊號正負變化時,仍有良好的抑制能力。

由於在工業系統中經常碰到的是工頻(50hz)或工頻的倍頻干擾,故通常選定取樣時間t1總是等於工頻電源週期的倍數,如20ms或40ms等。另一方面,由於在轉換過程中,前後兩次積分所採用的同一積分器。因此,在兩次積分期間(一般在幾十到數百毫秒之間),r、c和脈衝源等元器件引數的變化對轉換精度的影響均可忽略。

最後必須指出,在第二積分階段結束後,控制電路又使開關s2閉合,電容c放電,積分器回零。電路再次進入準備階段,等待下一次轉換開始。

4.特點

(1)計數脈衝個數λ與rc無關,可以減小由rc積分非線性帶來的誤差。

(2)對脈衝源cp要求不變,只要在t1+t2時間內穩定即可。

(3)轉換精度高。

(4)轉換速度慢,不適於高速應用場合。

單片整合雙積分式a/d轉換器有adc-ek8b(8位,二進位制碼)、adc-ek10b(10位,二進位制碼)、mc14433(7/2位,bcd碼)等。

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