基于STM32的自動(dòng)量程電壓表設(shè)計(jì)

直流/交流(0-20V)電壓輸入后雙擲開(kāi)關(guān)SW_1起到電壓量程轉(zhuǎn)換選擇作用，固定電阻R1,R3在精密可變電阻R2的配合下組成一個(gè)電阻10倍衰減網(wǎng)絡(luò)，且其輸入電阻大于10M 歐，滿足題目中輸入電阻的要求。最高輸入電壓可到20V .再由單片機(jī)控制SW-1 來(lái)選擇是否衰減。R1和兩個(gè)IN4001 構(gòu)成一嵌位保護(hù)電路，使電路在高電壓輸入時(shí)處于安全狀態(tài)。OP07 構(gòu)成一個(gè)電壓跟隨器，起到隔離前后通道的作用，其較低的輸出電阻還可以提高帶負(fù)載能力。Output 端接入ADC.

(4)量程自動(dòng)切換的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中的自動(dòng)量程切換對(duì)測(cè)直流電壓和交流電壓均有效。量程自動(dòng)切換關(guān)鍵是通過(guò)讀ADC 數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的量程是過(guò)量程還是欠量程，合理的硬件設(shè)計(jì)是量程自動(dòng)切換的重要保證。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換流程圖如圖5所示。

自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換由初設(shè)量程開(kāi)始，逐級(jí)比較，直至選出最合適提量程為止。自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換的操作流程如上圖所示。繼電器或其它控制開(kāi)關(guān)從閉合轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_(kāi)，或從斷開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合有一個(gè)短暫的過(guò)程，所以在每次改變量程之后要延時(shí)一定的時(shí)間，然后再進(jìn)行正式的測(cè)量和判斷。為了避免在兩種量程的交叉點(diǎn)上可能出現(xiàn)的跳動(dòng)，還應(yīng)考慮低量程的超量程比較值和高量程的欠量程比較值之間有一定的重疊范圍。

3.軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，使用了八階平均值濾波和一階滯后濾波，有效的濾去了采樣數(shù)據(jù)的脈沖干擾。程序流程圖如圖6所示。

4.系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析

(1)系統(tǒng)測(cè)試方法

直流測(cè)試方法：使用直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生直流電壓信號(hào)，通過(guò)高精度萬(wàn)用表觀察實(shí)際輸出直流電壓值，將信號(hào)通入本系統(tǒng)儀器測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較。

交流測(cè)試方法：使用交流數(shù)字信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生40~5000HZ,電壓范圍0~20V的正弦交流信號(hào)通過(guò)示波器觀察實(shí)際輸出頻率，通過(guò)高精度數(shù)字萬(wàn)用表觀察實(shí)際輸出電壓值，將信號(hào)通直流測(cè)試方法：使用直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生直流電壓信號(hào)，通過(guò)高精度萬(wàn)用表觀察實(shí)際輸出直流電壓值，將信號(hào)通入本系統(tǒng)儀器測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較。

(2)誤差分析

本系統(tǒng)誤差主要由恒流源、AD真有效值轉(zhuǎn)換、雙積分ADC 器件等幾個(gè)方面所帶來(lái)的誤差。AD 真有效值轉(zhuǎn)換，在誤差允許的范圍內(nèi)可以將所測(cè)交流電壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的真有效值，但不可避免地受到環(huán)境溫度的影響，造成轉(zhuǎn)換時(shí)可能引起誤差。量程自動(dòng)切換時(shí)將原來(lái)的微型繼電器用耐高壓型的模擬開(kāi)關(guān)替換掉?？梢赃M(jìn)一步降低系統(tǒng)正常工作時(shí)的功耗，還可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性及響應(yīng)速度。

5.結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了直流電壓、交流電壓的高精度測(cè)量，同時(shí)具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，采用LCD顯示，可讀性強(qiáng)。STM32F103ZET6在速度、功耗方面性能都非常優(yōu)越，其豐富的外設(shè)也更加方便設(shè)計(jì)。另外，其價(jià)格較低，在成本上也有優(yōu)勢(shì)，適合于控制電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。方案中采用STM32F103ZET6內(nèi)部的12位ADC,既滿足了測(cè)量精度，也省去了外擴(kuò)AD,使硬件電路更加簡(jiǎn)單，節(jié)省了成本，提高了可靠性。