基于STM32的自動量程電壓表設計

直流/交流(0-20V)電壓輸入后雙擲開關SW_1起到電壓量程轉換選擇作用，固定電阻R1,R3在精密可變電阻R2的配合下組成一個電阻10倍衰減網絡，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 .再由單片機控制SW-1 來選擇是否衰減。R1和兩個IN4001 構成一嵌位保護電路，使電路在高電壓輸入時處于安全狀態。OP07 構成一個電壓跟隨器，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載能力。Output 端接入ADC.

(4)量程自動切換的實現

本系統中的自動量程切換對測直流電壓和交流電壓均有效。量程自動切換關鍵是通過讀ADC 數據判斷當前的量程是過量程還是欠量程，合理的硬件設計是量程自動切換的重要保證。量程自動轉換流程圖如圖5所示。

自動量程轉換由初設量程開始，逐級比較，直至選出最合適提量程為止。自動量程轉換的操作流程如上圖所示。繼電器或其它控制開關從閉合轉變為斷開，或從斷開轉變為閉合有一個短暫的過程，所以在每次改變量程之后要延時一定的時間，然后再進行正式的測量和判斷。為了避免在兩種量程的交叉點上可能出現的跳動，還應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.軟件設計

數據采集過程中，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據的脈沖干擾。程序流程圖如圖6所示。

4.系統測試與誤差分析

(1)系統測試方法

直流測試方法：使用直流穩壓電源產生直流電壓信號，通過高精度萬用表觀察實際輸出直流電壓值，將信號通入本系統儀器測量與標準電壓值進行比較。

交流測試方法：使用交流數字信號發生器產生40~5000HZ,電壓范圍0~20V的正弦交流信號通過示波器觀察實際輸出頻率，通過高精度數字萬用表觀察實際輸出電壓值，將信號通直流測試方法：使用直流穩壓電源產生直流電壓信號，通過高精度萬用表觀察實際輸出直流電壓值，將信號通入本系統儀器測量與標準電壓值進行比較。

(2)誤差分析

本系統誤差主要由恒流源、AD真有效值轉換、雙積分ADC 器件等幾個方面所帶來的誤差。AD 真有效值轉換，在誤差允許的范圍內可以將所測交流電壓轉換成對應的真有效值，但不可避免地受到環境溫度的影響，造成轉換時可能引起誤差。量程自動切換時將原來的微型繼電器用耐高壓型的模擬開關替換掉。可以進一步降低系統正常工作時的功耗，還可以提高系統的穩定性和可靠性及響應速度。

5.結束語

本設計方案實現了直流電壓、交流電壓的高精度測量，同時具有量程自動轉換功能，采用LCD顯示，可讀性強。STM32F103ZET6在速度、功耗方面性能都非常優越，其豐富的外設也更加方便設計。另外，其價格較低，在成本上也有優勢，適合于控制電子產品的設計。方案中采用STM32F103ZET6內部的12位ADC,既滿足了測量精度，也省去了外擴AD,使硬件電路更加簡單，節省了成本，提高了可靠性。