基于數字集成電路的數字式智能電壓表的研制

摘要：為了解決一般數字電壓表自動(dòng)轉換量程、被測電壓極性判斷、幅度變換、超量程顯示及報警信號等智能化問(wèn)題，采用數字電路芯片，通過(guò)數字邏輯控制關(guān)系實(shí)現電壓表使用功能的智能化。闡明了電路設計原理，介紹了電路系統的組成、各部分電路的功能及特點(diǎn)、電路元件的選擇、信號處理的過(guò)程等內容。通過(guò)實(shí)物驗證，實(shí)現了設計功能，并由此設計得到了一臺自制數字式智能電壓表。
關(guān)鍵詞：數字電路；量程自動(dòng)轉換；智能化；數字信號；電壓表

0 引言
在現在市場(chǎng)上廣泛使用的一般數字電量測量電表都沒(méi)有解決量程自動(dòng)轉換問(wèn)題，測量操作時(shí)仍然靠人工拔動(dòng)開(kāi)關(guān)轉換量程，測量電表的智能化設計是一個(gè)難點(diǎn)。在現有的智能電表中，智能化功能大多采用單片機控制電路或雙向移位寄存器來(lái)實(shí)現，其缺點(diǎn)是電路系統、量程控制信號的產(chǎn)生比較復雜，調試與制作難度大，可靠性較差等。實(shí)際上，電路系統完全可以用常用數字集成電路組成，通過(guò)組合邏輯功能來(lái)實(shí)現多個(gè)量程之間的自動(dòng)轉換等功能。

1 電路系統的方框結構
電路系統由被測輸入電壓極性檢測與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動(dòng)控制轉換信號產(chǎn)生電路、多路模擬開(kāi)關(guān)切換電路、量程控制放大電路、A／D轉換電路和顯示電路等組成，如圖1所示。

圖1中各部分電路的功能分別是：
(1)電壓極性顯示信號產(chǎn)生電路：由電壓比較器根據被測電壓極性產(chǎn)生“+”或“-”極性顯示信號。
(2)電壓通道選擇與極性轉換電路：有2個(gè)通道，對于正極性電壓由通道1通過(guò)，若為負極性電壓由通道2通過(guò)，再變換為正極性后輸出。
(3)量程自動(dòng)控制信號產(chǎn)生電路：根據被測電壓的高低確定各段的測量范圍(量程)，產(chǎn)生量程自動(dòng)轉換控制信號、超量程顯示與報警信號，并控制各量程小數點(diǎn)的位置。
(4)程控放大器與模擬開(kāi)關(guān)切換電路：在量程自動(dòng)轉換控制信號的作用下選擇不同的通道，將某個(gè)量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A／D轉換器。
(5)A／D轉換電路：將模擬電壓信號轉換為數字信號。
(6)譯碼與顯示電路：將數字信號譯碼后，由數碼管顯示出測量結果。

2 電路原理圖簡(jiǎn)介
根據圖1構建的數字式智能電壓表電路原理如圖2所示。圖中主要元器件的作用如下：