新型交流數字電壓表設計

0 引 言
傳統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電路設計了電壓表量程自動切換技術，通過單片機檢測可實現電壓表量程的自動轉換。它具有體積小，驅動電流小，動作快，結構簡單，操作方便的優點，可用于實驗教學中。

1 技術要求
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，信號經過衰減處理后通過采樣保持器采樣保持，由A／D轉換成數字信號，再由單片機控制和計算后將結果送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來完成。由于要求采用現場的220 V交流電源，所以本文設計了電源電路，將220 V交流電轉換成電路可用的低壓直流電。

3 硬件系統設計
在硬件電路設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動能力很小，在設計中加入了7407用來驅動LED顯示。整個硬件系統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)模數轉換及控制電路：完成對采集的數據處理和對系統的控制。
(5)顯示器：由74LS164和數碼管組成，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，作為電源給數字電壓表供電。