新型交流數(shù)字電壓表設(shè)計

0 引 言
傳統(tǒng)的電壓表在測量電壓時需要手動切換量程，不僅不方便，而且要求不能超過該量程。如果在測量時忘記改變量程，則會出現(xiàn)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關(guān)電路設(shè)計了電壓表量程自動切換技術(shù)，通過單片機檢測可實現(xiàn)電壓表量程的自動轉(zhuǎn)換。它具有體積小，驅(qū)動電流小，動作快，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的優(yōu)點，可用于實驗教學(xué)中。

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

2 基本原理
基本原理如圖1所示，信號經(jīng)過衰減處理后通過采樣保持器采樣保持，由A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機控制和計算后將結(jié)果送LED顯示。量程的自動切換由單片機通過程序控制多路模擬開關(guān)來完成。由于要求采用現(xiàn)場的220 V交流電源，所以本文設(shè)計了電源電路，將220 V交流電轉(zhuǎn)換成電路可用的低壓直流電。

3 硬件系統(tǒng)設(shè)計
在硬件電路設(shè)計中多次采用了電容濾波來消除干擾信號，同時采用了跟隨器，跟隨器的輸入阻抗很大，可以解決信號傳輸中的衰減問題。又考慮到單片機的驅(qū)動能力很小，在設(shè)計中加入了7407用來驅(qū)動LED顯示。整個硬件系統(tǒng)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)量程自動切換電路：完成信號量程選擇及其小數(shù)點位置選擇。
(3)采樣保持器：對模擬信號進行采樣并保持。
(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換及控制電路：完成對采集的數(shù)據(jù)處理和對系統(tǒng)的控制。
(5)顯示器：由74LS164和數(shù)碼管組成，將測量的電壓信號顯示出來。
(6)整流電路：將交流電整流成直流電，作為電源給數(shù)字電壓表供電。