数字式智能电压表的设计(编辑修改稿)

数字式智能电压表的设计(编辑修改稿)内容摘要：

电路的输入 ——输出特 性曲线如图 24(b)所示。 信号电压 iV 由负值变为正值， 删除部分 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 删除部分 管截止，三极管集电极通过上拉电阻 R4，形成高电平。 这样通过三极管的反复导通、截止，在过零检测端口 D点形成 100Hz脉冲波形 (如图 28)，其中， 删除部分 电压输入电路如图 29 所示。 该电路是以 5V 作为基本量程，共设为 5 个挡：5V、 50V、 100V、 250V、 500V。 图中， 5个电阻 R1~R5为分压电阻。 均采 删除部分 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 再计算 500V 挡的电阻值时，由于当输入满量程 500V 时，输出为 5V，故减少 100倍，也就是分压衰减系数为 ， 总 =10K 删除部分 同理可以算出量程为 250V档的电阻值 4R ，由于当输入满量程 250V时，输出为 5V，故减少 50倍，也就是衰减系数为 ，那么， 54 41015 0 1 0 0 0RR RR 总， 4 10RK。 删除部分 若检测到得电压信号是直流，则经过衰减后的电压就可以直接送到放大电路中，再送给 A/D转换后送入单片机处理和显示。 在电流或者电压的测量中，经常遇见测量的并不是直流，而是交流。 此时，绝对不能把交流信号直接输入到数字电压表中去， 必须先要把被测的交流信号变成直流信号以后，才可以输入到数字电压表去进行测量。 交流电压的测量电路采用平均值的 AC/DC转换电路， 5个 交流电压的量程 删除部分 电压 2*500= 707VpV  ，测量交流电压时仍借用直流电压档的分压 器。 利用低漂移双运放 IC1(1/2TL062)组成平均值响应的线性半波整流电路。 这种电路可避免二极管在小信号整流时引起的非线性误差，使输入电压 VIN(RMS)与输出电压 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 删除部分 数必须大于 倍，才有调整的余量。 电路中的 R5 R54是负反馈电阻，可将IC1偏置在线性放大区，同时控制运放的增益。 现 R53=R54=100K， IC1同相 删除部分 目的在于提高其 输入阻抗，减小对输入信号的衰减。 尽管 IC1 属于低漂移运放，但考虑到 AC/DC转换器的输入电压很弱，即使漂移电压很小，也可能造 删除部分 时 VD5 导通， VD4 截止， IC1 的输出电流途经 C16→VD 5→R 55→R 57→RP 4→ 地(COM 端 )，并经过 R56对 C17进行充电。 负半周时 VD4导通， VD5截止，电流途经地 →RP 4→R 57→VD 4→C 16→IC 1。 C17缓慢地放电，放电时间常数 删除部分 流电压，经过由 R56和 C17组成的平滑滤波器可滤掉交流纹波，得到的平均值电压 V0，送至 ADC0809对 V0 进行 A/D转换。 RP4是交流电压档的校准电位器，调整 RP4可使整个 AC/DC 转换器的电压放大倍数为 倍，令仪表直接显示出被测电压的有效值，负半周时， VD4为反向电流提供通路， C14是运放的 删除部分 作用，才保证了其几乎没有损失地进行 AC－ DC 的信号转换。 因此，这里使用的是低功耗的高阻输入运算放大器，其不灵敏区仅仅只有 2mV 左右，其在普通数字万用表中大量使用，电路大同小异。 如图 27所示。 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 删除部分 图 210交流电压测量图 基本原理： 自动量程切换接口由 10 倍放大器电路、欠量程识别电路、换程控制电路组成。 结构框图如图 28所示。 删除部分 电路工作原理如下：当电路上电后，换程控制电路自动将量程设置为最高挡，即衰减为 ，然后欠量程识别电路对放大后的输出 Uo 进行判断。 判断标准是以和它相配的 A/D 转换器的输入上限作为其上限阀值 Umax，以 9%Umax 作为其下限阀值 Umin， UoUmin 为欠量程。 若欠量程，则由换程控制电路控制量程由高到低变化至放大电路输出 Uo 大于 Umin。 若输入 Ui 变化后可先使仪表复位到最高 挡，再由电路自动根据 Ui 减至合适量程为止。 以上过 删除部分 和单片机换程信号。 (1)10 倍放大器电路 通常， 检测信号的放大采用集成运算放大器。 运算放大器可以实现模拟信号的加、减、微分、积分等运算。 运算放大器电压增益高，输入阻抗大，输出阻抗小，根据负反馈电路的接法，可以实现反相运算、同相运算和差动运算等。 由于经传感器变换后的模拟电压信号有时是很微弱的微伏级信号，而一般的通用放大器都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温度漂移，显然是不能用于放大微弱信号的。 因此在设计中要采用高精度运算放大器或测量放 大器。 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 删除部分 图 212 10倍放大电路图 (2)负电压识别及反相电路 在直流电压的测量过程中，不仅仅只是对正电压的测量，必然还会涉及到测量负电压。 在这个问题上，常用的方法是采用同相加法器给被测电压加上一个基准 删除部分 0≤U≤4V，由于是采用软件进行自动量程转换，电压经过抬高后无法有效地进行欠量程判断，因此采用了与零比较的方案。 当输入电压大于零时， LM339向单 删除部分 如图 214负电压反相电路 (2)欠量程识别电路 因为初始电压量程设置为最高挡，因此只需 要欠量程信号比较即可调节量程。 欠量程识别电路的原理示意图如图 210 所示。 该电路才用 LM339 中的一只运放构成下限阀值比较器，当 Uo 小于 Umin 时， LM339 输出低电平，表示欠量程信号 UR；当 Uo 大于 Umin 时， LM339 输出高电平 RR，表示量程合适。 由于还存在负电压测量问题，而正电压和经过反相器的负电压是通过不同的线路由多路模拟开关 CD4051(2)选择进入 V/F转换器的，所以我们需要两个上述的欠 删除部分 (3)换程控制电路 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） (1)CD4051多路开关简介 CD4051 是一 个双向 8 通道多路开关，相当于一个单刀八掷开关，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。 它有 3 个二进制控制输入端 A、 B、 C 和一个禁止输入端INH，并由 3位二进制信号来选择 8个通道中的一个通道。 这些开关电路在整个 删除部分 通，允许模拟量输入。 CD4051 导通电阻小，在常温下的导通电阻为几百欧姆。 供电电压范围较宽，速度相对较快，控制简单，适合作为量程转换模块中选择 删除部分 (2)换程电路 换程控制电路的原理示意图如图 211 所示。 删除部分 图 218换程控制电路图 该电路由分压电 路、多路模拟开关和单片机 I/O 口组成。 其作用是按输入条件信号 (正负电压判断信号 ，欠量程信号、原量程信号 )送给单片机 进行判断， 然后由单片机 、 、 输出量程控制信号送入模拟开 删除部分 最低量程时仍欠量程，则维持最低量程不变化； ③ 量程合适时，维持原量程不变； ④ 每挡量程都能达到并保持； ⑤ 当量程为最低挡时仍欠量程，则维持原量程不变化； ⑥ 电路上电时，量程信号从最高挡起步。 绵阳师范学院 2020届本科毕业设计（论文） 上电时电路的量程起步则由单片机 、 、 口解决，即初始设置为 = =0、 =0。 选通 CD4051(1)开关的 X4通路 (4)自动切换应用电路 删除部分 时测量电压信号 Ui通过分压电路后输出为原来。 如果是测量直流电压则直接对其由 OP07 组成的电路放大 10倍后，即通过由 LM339构成的 删除部分 压，那么就必须经过由 LM124构成的。