基于數(shù)字集成電路的數(shù)字式智能電壓表的研制
摘要:為了解決一般數(shù)字電壓表自動轉(zhuǎn)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題,采用數(shù)字電路芯片,通過數(shù)字邏輯控制關(guān)系實現(xiàn)電壓表使用功能的智能化。闡明了電路設(shè)計原理,介紹了電路系統(tǒng)的組成、各部分電路的功能及特點、電路元件的選擇、信號處理的過程等內(nèi)容。通過實物驗證,實現(xiàn)了設(shè)計功能,并由此設(shè)計得到了一臺自制數(shù)字式智能電壓表。
關(guān)鍵詞:數(shù)字電路;量程自動轉(zhuǎn)換;智能化;數(shù)字信號;電壓表
0 引言
在現(xiàn)在市場上廣泛使用的一般數(shù)字電量測量電表都沒有解決量程自動轉(zhuǎn)換問題,測量操作時仍然靠人工拔動開關(guān)轉(zhuǎn)換量程,測量電表的智能化設(shè)計是一個難點。在現(xiàn)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實現(xiàn),其缺點是電路系統(tǒng)、量程控制信號的產(chǎn)生比較復(fù)雜,調(diào)試與制作難度大,可靠性較差等。實際上,電路系統(tǒng)完全可以用常用數(shù)字集成電路組成,通過組合邏輯功能來實現(xiàn)多個量程之間的自動轉(zhuǎn)換等功能。
1 電路系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)
電路系統(tǒng)由被測輸入電壓極性檢測與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動控制轉(zhuǎn)換信號產(chǎn)生電路、多路模擬開關(guān)切換電路、量程控制放大電路、A/D轉(zhuǎn)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(jù)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(zhuǎn)換電路:有2個通道,對于正極性電壓由通道1通過,若為負(fù)極性電壓由通道2通過,再變換為正極性后輸出。
(3)量程自動控制信號產(chǎn)生電路:根據(jù)被測電壓的高低確定各段的測量范圍(量程),產(chǎn)生量程自動轉(zhuǎn)換控制信號、超量程顯示與報警信號,并控制各量程小數(shù)點的位置。
(4)程控放大器與模擬開關(guān)切換電路:在量程自動轉(zhuǎn)換控制信號的作用下選擇不同的通道,將某個量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A/D轉(zhuǎn)換器。
(5)A/D轉(zhuǎn)換電路:將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
(6)譯碼與顯示電路:將數(shù)字信號譯碼后,由數(shù)碼管顯示出測量結(jié)果。
2 電路原理圖簡介
根據(jù)圖1構(gòu)建的數(shù)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:
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