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数字电压表量程的自动转换
吕向阳
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】1997(000)001
【总页数】3页(P66-68)
【作者】吕向阳
【作者单位】中南工业大学自控系
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.22
【相关文献】
1.一种量程自动转换高精度数字电压表的设计 [J], 杨增汪;陈斯;戴新宇
2.一种新型的自动转换量程数字电压表 [J], 王大坤;黑金永
3.基于STC15的一种自动量程及带存储功能数字电压表的研究与设计 [J], 车沛强;江华丽
4.基于单片机的量程转换数字电压表设计 [J], 齐祥明
5.基于单片机的量程转换数字电压表设计 [J], 齐祥明
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量程自动切换电压表设计1. 引言量程自动切换电压表是一种能根据被测电压的大小自动切换量程的电子测量仪器。
它能够在不同的电压范围内精确测量电压并显示结果。
本文将介绍量程自动切换电压表的设计原理、电路结构和关键技术。
2. 设计原理量程自动切换电压表的设计原理是基于电压的量程切换和信号处理。
它通过感知输入电压的大小，并根据预设的电压范围选择合适的量程进行测量。
以下是该电压表的基本设计原理：•输入电压感知：设计中需要使用示波器或电压检测电路来感知输入电压的幅值和频率。
•量程切换：根据输入电压的大小，通过开关电路控制电压表的量程切换。
•信号处理：根据量程的切换，将输入电压转换为合适的电压范围，并进行信号调理和滤波。
•结果显示：经过信号处理后的电压值将显示在电压表的数码管或液晶显示屏上。
3. 电路结构量程自动切换电压表的电路结构主要包括输入电路、量程切换电路、信号处理电路和显示电路。
以下是该电压表的典型电路结构：3.1 输入电路输入电路主要负责接收被测电压并将其传递给后续的电路进行处理。
它通常包括输入保护电路、放大电路和输入选择开关。
输入保护电路主要是为了保护电压表免受过大的输入电压的损坏。
它通常使用稳压二极管、过压保护电路等来限制输入电压的幅值。
放大电路负责将输入电压进行放大，以便后续电路可以正确处理。
放大电路通常使用运放或差动放大器。
输入选择开关用于根据输入电压的大小选择合适的量程。
它可以是机械式开关或电子开关，它们根据输入电压与预设的电压范围进行比较，并选择适当的量程。
3.2 量程切换电路量程切换电路根据输入电压的大小，将电压表的量程切换到合适的范围。
它通常使用数字电路或模拟开关电路来控制电压表的量程切换。
量程切换电路要根据输入电压的大小选择合适的量程，以保证测量的精确性和稳定性。
它可以通过比较器和逻辑电路实现。
3.3 信号处理电路信号处理电路负责将经过量程切换的输入电压转换为合适的电压范围，并进行信号调理和滤波。
智能仪器量程转换系统设计摘要：以模拟多路开关max392和运放lm324做为量程自动切换，经a/d转换器，送到stc80c52控制，实现了智能仪表量程转换电路的设计；包括硬件电路和软件的设计。
关键词：智能仪器量程转换多路开关单片机随着科学技术的迅速发展，传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水品等方面发生了巨大的变化。
目前仪器仪表已经进入到智能化、网络化阶段，智能化是指具有自动量程转换、自动校准、自动调零、开机自检等功能，其中自动量程转换是关键技术。
量程转换技术有不同的方案，本文以模拟多路开关max392做为量程转换开关，用单片机实现程序控制的直流电压表，四个电压档：50v、25v、5v和500mv，实现量程自动转换，数字显示、报警等功能。
1、硬件电路设计1.1 输入电路输入电路包括分压电路、隔离电路，如图1所示。
首先就是分压，这一步主要是将待测电压转换为a/d转换芯片的电压范围，保证仪器仪表的安全。
这里并不按照传统的一些万用表测量电压的思路，即按照档位进行逐级分压（设置不同分压比），而是只针对最大量程50v进行了一级分压，这样50v电压就转换成了大约5v的电压，以满足a/d转换器的要求。
r1和r2是分压电阻，f1为保险丝，d1起保护作用，c1滤波。
1.2 量程转换电路而另外三个小量程的电压被分压后，a/d转换芯片的分辨率可能就不能满足要求了，这时就需要经过图中的运放ar2对它们进行不同比例的放大。
如图2所示。
第二级运放，ar2为反相比例放大器，放大倍数为r7～r10之一与r5的比值。
放大倍数的切换电路需要用到模拟多路开关，这里拟采用max392，并由单片机控制。
由于设计题目是智能数字电压表，所以是程控实现量程的自动切换。
max392是4组常开单刀单掷模拟开关，4组开关的输出接到一起连下一级运放ar3的输入，而它们的输入各自与r7～r10相连，另外，每组开关都有一个控制端，由mcu控制，分别由单片机的p0.-p0.3控制，编写程序时，从大量程对应的放大倍数开始接通，依次比较，从而选定确定适合的量程。
. I可自动切换量程的数字电压表一、实验任务制作可调量程的电压表，通过继电器调节电压表的量程，使电压在0V~200mV，200mV~2V之间转换。
二、各个芯片的资料1、ADC0832ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
该芯片具有体积小，兼容性，性价比高的优点。
ADC0832 具有以下参数：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在0~5V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；一般功耗仅为15mW；8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
GND 芯片参考0 电位（地）。
DI 数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出，转换数据输出。
CLK 芯片时钟输入。
Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。
单片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。
当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。
电化学工作站是一种用于研究电化学反应的实验设备，它能够通过对电极施加电压或电流来控制反应过程。
在实际的研究过程中，我们经常需要对电化学工作站进行量程的切换，以适应不同反应条件下的要求。
为了提高实验效率和准确度，研究人员常常希望能够实现电化学工作站的自动量程切换。
而自动切换量程模块则是一种能够满足这一需求的重要部件。
下面我们将从几个方面对自动切换量程模块进行详细介绍：一、自动切换量程模块的原理自动切换量程模块是一种集成了自动控制电路和传感器的装置，它能够实时监测电化学工作站的电流或电压信号，并根据设定的阈值自动切换量程。
在实验中，当电流或电压信号超出了设定的范围时，自动切换量程模块会通过控制电化学工作站的电路，自动切换到合适的量程，以保证实验数据的准确性和稳定性。
二、自动切换量程模块的优势1. 提高实验效率：通过自动切换量程模块，研究人员无需手动调节电化学工作站的量程，节省了大量实验时间，提高了实验效率。
2. 提高实验准确度：自动切换量程模块能够实时监测和调节电化学工作站的量程，避免了人为因素对实验数据的影响，提高了实验结果的准确度。
3. 方便操作：自动切换量程模块的操作简单方便，无需特殊的技术培训，几乎所有的研究人员都能够轻松上手。
三、自动切换量程模块的应用场景自动切换量程模块广泛应用于各种电化学领域的实验研究中，包括但不限于：1. 电化学催化剂的研究：对于一些电化学反应需要在高电流下进行研究时，自动切换量程模块能够自动调节量程，确保实验数据的准确性。
2. 电化学传感器的测试：在对电化学传感器进行性能测试时，需要对不同范围的电流信号进行监测，自动切换量程模块能够满足这一需求。
3. 能源储存材料的研究：对于储能材料的电化学性能研究，由于反应会涉及到大范围的电流变化，需要使用自动切换量程模块来保证实验的准确性。
四、自动切换量程模块的未来发展随着电化学领域的不断发展和实验要求的不断提高，自动切换量程模块也将会朝着更智能化、更精准化的方向发展。
电子系统设计课程设计-量程自动切换的数字电压表设计电子系统设计大作业题 目 数字智能电压表设计姓 名 学 号 专业班级 指导教师 学 院 完成日期宁波理工学院1.系统原理和方案介绍1.1系统总体方案介绍根据数字电压表的功能实现要求，选用51系列单片机作控制系统，测量低电压时，经比例放大器（LM324）电路实现放大，放大倍数为10倍、高电压经大电阻分压从而控制输入ADC0808的信号在0到5V左右实现A／D转换经AT89C52送入LED数码管显示，实现模拟测量，结果数字显示。
设计两个量程进行自动切换，基本实现智能化。
硬件操作其测量准确性较高，显示效果基本满足接受范围，并且电路相对比较简单，成本低，稳定性较高。
1.2 系统结构总框架按照设计要求，初步确定下系统的设计方案，下图为该系统设计方案的总体结构框架图。
硬件及软件仿真电路均由6大部分组成，即51单片机电路、时钟电路、复位电路、数码管显示电路、A/D转换器（ADC0809）和电压输入测量电路。
1.3系统工作原理对待测模拟电压值按不同的范围，分为500mv、10v两个档位。
对于高于500mv 的档位，采用高电阻分压的方式，其1/2等比例转换为0—5V的电压值；对于低于500mv的档位，采用比例放大器，等比例放大10倍左右，再将电压送入AD 进行转换，然后将处理好的信号送入51单片机进行运算，最后再数码管上显示。
同时单片机对模拟开关芯片（74HC4066）进行控制，完成自动量程切换，实现智能处理。
实验时，档位自动切换原理。
当所测电压超过500mv时，P3.2输出低电平，关闭500mv档位电路中的模拟开关74HC4066，而P3.3输出高电平，打开10v档位电路中的模拟开关74HC4066，10v档位的电路正常工作，如此实现自动切换量程。
在本系统设计中采用AT89C52单片机的端口P1.0～ P 1.7作为 4位 LED数码管的显示控制。
P3.2 与 P3.3 作为档位控制端口。
1 前言 (1)2 总体方案设计 (2)2.1 方案论证 (2)2.2 方案比较及选择 (3)3 硬件电路设计 (4)3.1 AD转换电路 (4)3.2 复位电路 (4)3.3 时钟电路 (5)3.4 显示电路 (6)3.5 特殊器件介绍 (6)3.5.1 主控芯片AT89S51 (6)3.5.2 ADC0808 (7)3.5.3 LED (9)4 软件部分设计 (11)4.1 A/D转换子程序 (11)4.2 显示子程序 (12)5 电路仿真 (13)5.1 软件调试 (13)5.2 显示结果及误差分析 (13)6 系统功能 (17)小结 (18)参考文献 (19)附录1 基于单片机的数字电压表原理图 (20)附录2 基于单片机的数字电压表程序清单 (21)1 前言在电量的测量中，电压、电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常。
而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电压，所以数字电压表就成为一种必不可少的测量仪器。
数字电压表简称DVM，它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。
由于数字式仪器具有读数准确方便、精度高、误差小、测量速度快等特而得到广泛应用。
传统的指针式刻度电压表功能单一，进度低，容易引起视差和视觉疲劳，因而不能满足数字化时代的需要。
采用单片机的数字电压表，将连续的模拟量如直流电压转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，从而精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC实时通信。
数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。
以数字电压表为核心，可以扩展成各种通用数字仪表、专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。
目前，由各种单片机和A/D转换器构成的数字电压表作全面深入的了解是很有必要的。
最近的几十年来，随着半导体技术、集成电路（IC）和微处理器技术的发展，数字电路和数字化测量技术也有了巨大的进步，从而促使了数字电压表的快速发展，并不断出现新的类型。
交流数字电压表设计传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程，不仅不方便，而且要求不能超过该量程。
如果在测量时忘记改变量程，则会出现很大的测量误差，甚至有将电压表烧坏的可能。
本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术，通过单片机检测可实现电压表量程的自动转换。
它具有体积小，驱动电流小，动作快，结构简单，操作方便的优点，可用于实验教学中。
1 技术要求电压测量范围：0～500 V；测量精度：0．5％；量程自动切换；采用LED 显示；可用现场提供的220 V 交流电源。
2 基本原理基本原理如图1 所示，信号经过衰减处理后通过采样保持器采样保持，由A／D 转换成数字信号，再由单片机控制和计算后将结果送LED 显示。
量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关来完成。
由于要求采用现场的220 V 交流电源，所以本文设计了电源电路，将220 V 交流电转换成电路可用的低压直流电。
3 硬件系统设计在硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号，同时采用了跟随器，跟随器的输入阻抗很大，可以解决信号传输中的衰减问题。
又考虑到单片机的驱动能力很小，在设计中加入了7407 用来驱动LED 显示。
整个硬件系统主要由以下几部分组成：(1)电压信号衰减电路：将输人的0～500 V 被测电压信号衰减成0～5 V。
(2)量程自动切换电路：完成信号量程选择及其小数点位置选择。
(3)采样保持器：对模拟信号进行采样并保持。
(4)模数转换及控制电路：完成对采集的数据处理和对系统的控制。
(5)显示器：由74LS164 和数码管组成，将测量的电压信号显示出来。
(6)整流电路：将交流电整流成直流电，作为电源给数字电压表供电。
3．1 电压信号衰减电路电压信号衰减电路如图2 所示。
为了在输入大电压时不损坏电压表内部器件先对电压进行衰减，该设计中用阻抗进行1：100 衰减，为防止衰减后信号电压过小又通过运算放。
第42卷2006年第4期 西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版)V ol .42 2006 No .4 J ournal of Northwest Norm al Univ ersity (Natural S cience )收稿日期:2006?01?05;修改稿收到日期:2006?06?07作者简介:张国恒(1970—),男,甘肃天祝人,讲师,在读硕士研究生.主要研究方向为电子技术与传感及检测电路系统.E ?mail :zh gh 0325@xb mu .edu .cn智能电压表中量程自动转换电路研究张国恒1,2,杨志民1,魏秀芳3(1.西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州 730070;2.西北民族大学电气工程学院,甘肃兰州 730030;3.兰州城市学院物理系,甘肃兰州 730070)摘 要:提出并设计了一种适用于电压表的量程自动转换电路.该电路通过对被测电压的判断和量程选择器的控制,实现了在高精度仪表中量程的自动选择.电路选用低成本的普通元件,在有效范围内能实现电压自动测量,并且运用E W B 仿真软件对所设计的局部电路进行了仿真,得到了预期的结果.关键词:电压表;智能化;量程转换中图分类号:TM 930.111 文献标识码:A 文章编号:1001-988Ⅹ(2006)04-0047-06The automatic range selection circuit for voltmetersZHANG Guo ?heng 1,2,YANG Z hi ?min 2,WEI Xiu ?fang 3(1.C ollege of Physics and Ele ctro nic Engine erin g ,Northwest Normal University ,Lanzh ou 730070,Gansu ,C hina ;2.C ollege of Ele ctrical En gineering ,Northw est Uni versity for N ationalities ,Lanzho u 730030,G ansu ,China ;3.D epartm ent of Ph ysics ,Lanzh ou C ity Uni versity ,L anzh ou 730070,G an su ,C hina )Ab stra ct :A kind of circuit for auto matic range sele ction of v oltm eters is introduced and designed .The circuit ,throu gh evaluating the input v oltage and co ntrolling the sele ctor of the measuring scale ,realiz es auto matic sele ction in high precision instrum ent .By using the low ?cost circuit comp onent ,this circuit c an achieve the function of autom atic m easure in certain range and simulation of the designed circuit by the software of EW B ,which pro duc es an expe cted result .Ke y w ord s :v oltm eter ;intelligent ;auto matic sele ctio n of range 电学参数测量技术涉及范围广,特别是微电压、微电流、高电压以及待测信号强弱相差极大的情况下,既要保证弱信号的测量精度又要兼顾强信号的测量范围,在技术上有一定的难度.传统的低成本仪表在测量电压、电流时都采用手动选择档位的方法来转换量程.在使用中,当忘记转换档位时,会造成仪表测量精度下降或损坏.现代电子测量对系统的精度要求越来越高且智能化程度也越来越高.全量程无档电压表、电流表和欧姆表是在保证测量精度不下降的前提条件下省去手动转换量程的工作,得到了广泛应用[1,2].国内对此类设计研究较多,但电路设计都采用了单片机、CPL D 或FPGA 等复杂电路系统[3?9],硬软件成本较高.笔者提出了一种利用廉价的元器件组成的量程转换电路,并进行了理想情况下的EW B 仿真,得到了预期的结果.1 常用的电压测量电路常用的模拟电压表主要由电阻R 和表头串联组成,测量部件表头的设计是利用载流线圈在磁场中受力矩作用的原理,如图1所示.测量档位的改变靠改变电阻R 的阻值来实现[10].在测量时如果没有选择适当的降压电阻即档位没有调节好,当待测的电压过高时有可能使电压表损坏;而当被测电74西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版) 第42卷 Jo urnal of Northw est Normal University (Natural S cienc e ) Vol .42压过低时,由于电阻较大,表头显示值误差大或者根本显示不出值来[11].当不了解待测电压大小时,一般会先选择最大的量程来试测电压,之后再来选择适当的档位,进行精确测量.现在出现的数字电压表、电流表其主要测试原理与模拟仪表相同.所不同的只是把指针式表头换成A /D 转换器和数码显示器,其分压分流的原理和量程选择的方法未变[12].图1 模拟电压表原理Fig 1The principle of analo g v oltm eter2 量程自动转换电路设计框图笔者所设计的量程自动转换电路框图如图2所示.被测量程判断器判断出被测量的范围,相应的量程信号输入到档位选择器.档位选择器根据量程信号将档位自动调至适当的量程.并将输入值适当放大或衰减处理后送至A /D 转换器,并由数码显示器显示,实现整个量程的自动选择.图2 量程自动转换电路框图Fig 2B lock of me asurin g ran ge auto m aticcon vertin g c ircuit3 电路设计3.1 电路设计的总体要求电路设计的基本要求是在不降低测量精度的条件下实现量程的自动转换.因此在设计电路时需要考虑以下几方面的要求:1)输入值量程判断器的阻抗.要求在进行电压测量时具有高阻抗,进行电流测量时具有低阻抗.2)输入值量程判断器应具备对最大量程的上限和最小量程的下限的判断能力.由于被测范围较大,因此既要求在高待测量值输入时不对小量程电路造成冲击,又要求在超量程值时对档位转换电路进行关断.当输入量低于表内的测量精度时,也要求将档位选择器关断.否则,当测量仪表断开时,没有输入量,而输入值量程判断器则认为此时的输入量在最小量程的档位上,当仪表接通待测量时,待测量大于最小量程档位的范围时,档位选择电路及其后级电路必定受到较大的冲击.所以,输入值量程判断器不仅对是否超过最大量程能够判断,对是否小于最小量程的精度也有判断能力.3)电路安全要求.在本设计中,利用传输的延时,对档位进行从关断测量到最大量程档位向低量程档位逐级下降直至到适当档位的转换,这样就使得电路在测量完高待测量后就能顺利地进行对最低待测量的测量.4)成本及功耗问题.由于输入值判断器所判断出的值不是用来测量,而是用于转换量程档位,所转换出的数值不需要十分精确,故其电路功耗可按仪表需要选择适当的芯片.3.2 电路设计的实现3.2.1 量程判断电路的设计 量程判断电路框图如图3所示.输入的被测量经分压电路分压并经隔离电路后输入电压判断电路.图3 量程判断电路框图Fi g 3Bl ock of me asuring range ju dgem ent circuit单量程的量程判断实现电路如图4所示.图4 单量程判断实现电路Fig 4Diagram of sin gle measuring rangejud ge ment circuit842006年第4期 张国恒等:智能电压表中量程自动转换电路研究2006 No .4 The auto matic range selecti on circuit for voltmeters电路中U in 代表被测信号,电阻R 1、R 2组成分压电路.运放A 1组成隔离电路.电压判断电路由电压源U R EF 2和运放A 3组成的单限电压比较器实现.该电压比较器的阈值电压U T 为U T =-R 3R 4U REF .(1)电路下半部分与上半部分的结构和工作原理相似.不过,比较电压由A 4的反相端输入.由(1)式可知,当跟随器A 1的输出大于0.2V 时,比较器A 3输出高电平;当跟随器A 2的输出小于-0.2V 时,比较器A 4输出高电平;当-0.2V <U in <0.2V 时,输出为低电平.电路构成了一个窗口比较器.用EW B (ele ctronics workbench )软件对图4电路的仿真结果如图5所示.仿真所用的信号源U in 为有效值1V ,频率1Hz ,初相位为0°的正弦交流电压.基准电压为2V 的直流电压.从仿真结果可以看出,当被测输入电压的瞬时值达到±0.4V 时,比较器转换电平.通过量程判断器,将被测的模拟信号转换为数字信号,从而实现对档位选择的控制.图5 单量程判断器的仿真波形Fig 5Sim ulatio n w ave shape of sin gle me asurin gran ge jud gement circuit量程判断器的总电路如图6所示.每个运放的输入端都接有稳压管进行限压,以保护运放.图中上半部分为档位选择电路,正负电压都可由整流桥整流后送分压电阻分压,基准电压都是-2V ,所以电压比较器的阈值为1V .下半部分为输入电压的最小值判断电路,对输入被测量的有和无进行直接判断.根据前级的分压比可以求得,当被测的电压值大于0.2V 或者小于-0.2V 时,输出端G1才输出高电平.图6 量程判断器的总电路Fi g 6C ollecti vity diagram of me asuring range ju dgement circuit94西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版) 第42卷 Jo urnal of Northw est Normal University (Natural S cienc e ) Vol .423.2.2 档位选择器 输入值判断器已经把电压信号分档并转换为高低电平的数字输出值输出.档位选择器可根据输入值判断器所得结果来设计.输入值判断器的2个输入端电压与5个输出端的真值表如表1所示.表1中,1表示高电平,0表示低电平.由真值表的特性可知,可以用一个3?8译码器译码,对档位进行选择.其译码表如表2所示.对照表1和表2,可得出译码电路对各量程选择的输出端,从小到大分别为:Y 0、Y 4、Y 6、Y 7.表1 真值表(truth table )输出真值输入电压U in /V(-0.2,0.2)(0.2,2)(-2,-0.2)(2,20)(-20,-2)(20,100)(-100,-20)(100,300)(-300,-100)>300或<-300A 110000B 111000C 111100G 2A 000001G 1011111档位状态单位/V截止0.2～22～2020～100100～300截止表2 译码表(de co ding table )输入值(in put value )A 110000B 111000C 111100G 2A ’0001G 1011111输出值(o utput value )Y 0000010Y 1000000Y 2000000Y 3000000Y 4000100Y 5000000Y 6001000Y 71根据芯片输入、输出的引脚特性,其电路接线图如图7所示.图7 档位判断电路Fig 7Circuit of jud ging measuring ran ge sele ctor其中3个控制引脚:G 2A ’、G 2B ’为低电平开启,G 1为高电平开启.电路引脚中,若A 、B 、C 无输入或悬空时,Y 0输出1,控制档位在最高量程电压档位上,起到保护电路的作用.档位的开启电路如图8所示.电路中采用了N 沟道增强型场效应管.各场效应管的栅极分别接到3?8译码器输出的相应量程档位上.各场效应管的漏极分别接由分压电阻分压后的电压,从而实现对档位的选择.根据测量电压的量程,场效应的最大击穿电压必须大于300V ,一般可选耐压为350V 的开关管.前面的译码器中若控制端G 2A’和G 1分别不为0和1时,即量程不在0.2～300V 之内时,译码器所有输出为0,所有档位开启电路也都关断,起到保护仪表的作用.图8 档位开启电路Fig 8Circuit of opening measuring ran ge sele ctor3.2.3 量程自动选择总电路 根据上述研究,可52006年第4期 张国恒等:智能电压表中量程自动转换电路研究2006 No .4 The auto matic range selecti on circuit for voltmeters得量程自动转换电路如图9所示.电路中所用的基准电压都是2V ,可用同一直流电源提供.稳压管均采用2.8V 工作电压的稳压管.整个输入值判断器的电路在测量端的输入电阻值不小于20∥19∥19.8∥29.9∥20= 4.227M Ω,以实现高阻抗输入的特点.4 芯片的选用在选用3?8译码器芯片时应当注意的是:当前常用的3?8译码器芯片为低功耗肖特基系列,即74LS 系列,如74LS 138.其输出Y 0～Y 7,都是反相输出,而图7中的则为正相输出.应用74LS 138时应在各输出端加反相器.电路中共用了12个运算放大器,可选用3块L MP 2014MT 芯片提供[13].LMP 2014MT 系美国国家半导体公司2004年12月发布的低功耗、轨到轨输出(满压输出)的精密放大器.主要利用其高集成度低功耗的特点:每块集成4个运算放大器.芯片工作电压为2.7～5.25V ;工作温度为0～70℃;最高输入输出电流为30mA .图9 量程自动选择总电路Fig 9C ollecti vity diagram of the auto matic measuring ran ge sele ctio n circuit5 结论提出并设计了一种适合于智能电压表的量程自动转换电路,并对所设计的电路图用EWB 软件进行了仿真.文中所设计的电路是按直流的电压输入量来设计的.对交流量的测量则需要在输入端加设一绝对值转换器,把交流电压幅值转换为对应的直流量值.而且对于范围更宽的输入量的测量则需要增设扩展档位,增加分压电路,提高场效应管的耐压值,选择更多输入输出线的译码芯片.由于本文所设计的电路的选档部分和档位开关是通用型的,当这部分电路作适当的调整后,可移植到设计量程自动选择的电流表、欧姆表等测试仪表中.因此还可用在自动测试及控制等方面.参考文献:[1] 侯丽萍,王晋红.智能数字电压表在电工测量中的应用[J ].电力学报,2003,18(2):156?165.[2] 关龙兴,戴英楠.应用微机实现电压表毫安表的半自动化检定[J ].橡胶技术与装备,1998,24(3):43?44.[3] 曹雄恒,罗飞路,胡媛媛,等.一种宽动态范围的职能测量系统设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,15西北师范大学学报(自然科学版)第42卷Jo urnal of Northw est Normal University(Natural S cienc 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