1、武漢大學珞珈學院本科生畢業論文（設計）開題報告論文題目： 數字毫伏表的設計 系： 電子信息科學系 學號： 20070802007 姓名： 蘇建偉 一、論文選題的目的和意義在電氣測量中，電壓是一個很重要的參數。如何準確地測量模擬信號的電壓，一直是電子及電工測量儀器研究的主要內容之一。交流毫伏表是一種用來測量微弱交流信號的電壓表，主要用于測量毫伏級的交流信號，在科研、實驗教學和生產中都有重要的地位。例如在電子測量技術和自動控制系統中測量正弦波、矩形波、三角波等波形信號的交變電壓有效值和微弱信號中的噪聲；在隨機過程測量中測量各個窄頻帶內與被測波形無關的電壓有效值，以得到該隨機過程的功率譜密度函數進行

2、頻譜分析和過程控制等。目前，雖然有一些數字式電壓表和智能儀器具有交流電壓的測量功能，但結構復雜，價格昂貴；而數字萬用表雖然價格低廉，但大多僅能測量正弦電壓的有效值，且準確度不高，頻率范圍不大。該選題的目的是通過硬件電路的設計實現一個價格低廉、精度較高、頻率范圍較寬、波形適應性強的數字交流毫伏表，并對數字交流毫伏表的設計與實現做一定的探討和研究。二、國內外關于該論題的研究現狀和發展趨勢自從上世紀50年代初期，數字化測量技術問世以來，已經得到了迅速的發展和廣泛的應用。隨著器件水平和測試技術的不斷提高，交流毫伏表也開始采用數字顯示。相對傳統的指針式毫伏表，數字毫伏表具有讀數準確方便、體積小、精度高、

3、誤差小、靈敏度和分辨率高、抗干擾能力強、可擴展能力強等優點，因而倍受用戶的青睞。近年來，隨著計算機技術及微電子器件在工程技術中的廣泛應用，在此基礎上發展起來的智能儀器儀表，無論是在測量的準確度、可靠性、自動化程度、運用功能方面，還是在解決測量技術與控制技術問題的深度及廣度方面，都得到了極大的發展。國際上，現代化儀器儀表正向微型化、自動化、集成多功能化、智能化和網絡化方向而迅速發展。目前，關于交流電壓有效值的測量技術主要有三種：均值檢波法、真有效值運算式法和熱電偶式。均值檢波法是根據信號平均值與有效值的關系來實現有效值測量的，是大多數交流電壓表所采用的方法；這種方法電路簡單，價格低廉，但存在測量

4、非正弦信號時誤差較大、測量小信號時漂移較大的問題，致使儀器靈敏度不高，使用范圍受到限制。運算式法是根據有效值的數學定義，通過模擬運算電路（也可以用集成單片芯片）直接實現有效值變換；國外高精度數字電壓表交流測量電路中，幾乎無一例外的全部采用分離元件構成模擬運算電路實現真有效值變換，最高精度可達0.04%，但這種電路技術復雜、成本較高、占用面積也較大。熱電偶式是根據有效值的物理意義，通過熱量變換器來實現，這種方法適用于任意波形，但存在受外界溫度影響較大、結構復雜、價格昂貴等缺點。三、論文的主攻方向、主要內容、研究方法及技術路線本選題設計的數字毫伏表主要采用數字化的測量方法，以真有效值檢測技術和雙積

5、分模數轉換技術為技術核心。設計的硬件部分主要包括衰減及放大、真有效值直流（trms-dc）變換、模數轉換、單片機控制、按鍵及顯示等幾個模塊組成。設計的總體思路：首先讓被測的模擬信號經過衰減放大電路，將信號電壓值轉換到trms-dc變換器的工作電壓范圍內，進行trms-dc變換；然后讓trms-dc變換的結果通過模數轉換電路進行數字化；最后，將數字信號送入單片機，經單片機軟件程序的相應處理后送液晶顯示。單片機還要控制微型繼電器以實現自動轉換量程功能。系統結構圖如圖1所示：圖1 系統結構圖其中，真有效值直流變換部分采用ad公司的高精度單片集成trms-dc轉換芯片ad637，該芯片具有使用簡單、準

6、確度高、頻帶范圍寬等優點，是目前國際上集成真有效值轉換器中性能最高的。ad637的最高精度優于0.1%，在輸入電壓為0.2v2v范圍內有最佳頻率響應，在2v輸入時可達到8mhz的帶寬。衰減及放大電路則根據不同的量程范圍來設定不同的增益，使其輸出信號電壓值控制在0.2v2v范圍內，保證ad637工作在最佳狀態。模數轉換部分采用雙積分高精度單片a/d轉換器。自動量程轉換功能實現的原理是：將單個量程的放大器或衰減器輸出的電壓值與預設的電壓值進行比較，將比較結果送入單片機進行判斷，若被測電壓低于單片機此時設定的量程范圍，單片機控制相應的繼電器進行升量程處理，反之則進行降量程處理。單片機部分主要完成三個

7、工作：數據采集和處理、液晶顯示的控制和控制繼電器實現量程自動轉換。整體電路結構簡單可行，要提高系統的頻率響應范圍和測量準確度，可在以下幾個方面著重分析：衰減和放大電路的頻帶及帶內平坦度；真有效值直流變換電路的帶寬及誤差；模數轉換的精度；單片機軟件計算的優化處理；整體系統的抗干擾性能。四、論文工作進度安排12周，完成系統設計，撰寫開題報告，進行開題報告會。34周，完成數字毫伏表的總體設計。59周，完成電路的設計、制作及調試。1011周，進一步完善系統，進行相應的功能擴展。1214周，撰寫論文，做好答辯的相關準備工作。1516周，參加答辯。五、論文主要參考文獻1 陳尚松電子測量與儀器第2版北京：電子工業出版社，20072 趙茂泰電子測量儀器設計武漢：華中科技大學出版社，20103 全國大學生電子設計競賽湖北賽區組委