新型交流數字電壓表設計

0 引 言
傳統的電壓表在測量電壓時(shí)需要手動(dòng)切換量程，不僅不方便，而且要求不能超過(guò)該量程。如果在測量時(shí)忘記改變量程，則會(huì )出現很大的測量誤差，甚至有將電壓表燒壞的可能。
本文中采用運算放大器和集成多路模擬開(kāi)關(guān)電路設計了電壓表量程自動(dòng)切換技術(shù)，通過(guò)單片機檢測可實(shí)現電壓表量程的自動(dòng)轉換。它具有體積小，驅動(dòng)電流小，動(dòng)作快，結構簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，可用于實(shí)驗教學(xué)中。

1 技術(shù)要求
電壓測量范圍：0～500 V；測量精度：0．5％；量程自動(dòng)切換；采用LED顯示；可用現場(chǎng)提供的220 V交流電源。

2 基本原理
基本原理如圖1所示，信號經(jīng)過(guò)衰減處理后通過(guò)采樣保持器采樣保持，由A／D轉換成數字信號，再由單片機控制和計算后將結果送LED顯示。量程的自動(dòng)切換由單片機通過(guò)程序控制多路模擬開(kāi)關(guān)來(lái)完成。由于要求采用現場(chǎng)的220 V交流電源，所以本文設計了電源電路，將220 V交流電轉換成電路可用的低壓直流電。

3 硬件系統設計
在硬件電路設計中多次采用了電容濾波來(lái)消除干擾信號，同時(shí)采用了跟隨器，跟隨器的輸入阻抗很大，可以解決信號傳輸中的衰減問(wèn)題。又考慮到單片機的驅動(dòng)能力很小，在設計中加入了7407用來(lái)驅動(dòng)LED顯示。整個(gè)硬件系統主要由以下幾部分組成：
(1)電壓信號衰減電路：將輸人的0～500 V被測電壓信號衰減成0～5 V。
(2)量程自動(dòng)切換電路：完成信號量程選擇及其小數點(diǎn)位置選擇。
(3)采樣保持器：對模擬信號進(jìn)行采樣并保持。
(4)模數轉換及控制電路：完成對采集的數據處理和對系統的控制。
(5)顯示器：由74LS164和數碼管組成，將測量的電壓信號顯示出來(lái)。
(6)整流電路：將交流電整流成直流電，作為電源給數字電壓表供電。