新型交流数字电压表设计

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新型交流数字电压表设计

作者：闵祥娜,马建建,魏海燕,李海涛

来源：《现代电子技术》2009年第19期

摘要:设计一种基于AT89C51单片机的量程自动转换的数字电压表,以AT89C51,AD574为核心器件,采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术,构成完备的测量系统。可以对0~500 V电压范围的电压进行量程自动转换的精确测量。该设计具有体积小,驱动电流小,动作快,结构简单,操作方便的优点,可用于实验教学中。

关键词:数字电压表;自动量程转换;单片机;AD574

中图分类号:TM930文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2009)19-191-04

Design of Alternating Digital Voltage Meter

MIN Xiangna1,MA Jianjian2,WEI Haiyan1,LI Haitao3

(1.Jiangxi Vocational and Technical College of Communication,Nanchang,330013,China;

2.Hebei Dekai Railway Signal Equipment Co.Ltd.,Cangzhou,061000,China;

3.Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)

Abstract:An automatic range-changing voltage meter based on AT89C51 is proposed.It is a completed measurement system based on the AT89C51 and AD574,by using operational amplifiers and multi-channel analog integrated circuit switches to realize to switch the range automatically.The voltage meter can measure the voltage ranging from 0V to 500V precisely and automatically.This digital voltage meter enjoys the reputation of small volume,low current-driven,fast rolling,concise structure and easy handle,which can be used in the experimental and practical teaching.

Keywords:digital voltage meter;automatic range-changing;single chip computer;AD574

0 引言

传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程,不仅不方便,而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程,则会出现很大的测量误差,甚至有将电压表烧坏的可能。

本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术,通过单

片机检测可实现电压表量程的自动转换。它具有体积小,驱动电流小,动作快,结构简单,操作方便的优点,可用于实验教学中。

龙源期刊网 1 技术要求

电压测量范围:0~500 V;

测量精度:0.5%;

量程自动切换;

采用LED显示;

可用现场提供的220 V交流电源。

2 基本原理

基本原理如图1所示,信号经过衰减处理后通过采样保持器采样保持,由A/D转换成数字信号,再由单片机控制和计算后将结果送LED显示。量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关来完成。由于要求采用现场的220 V交流电源,所以本文设计了电源电路,将220 V交流电转换成电路可用的低压直流电。

图1 交流数字电压表原理框图

3 硬件系统设计

在硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号,同时采用了跟随器,跟随器的输入阻抗很大,可以解决信号传输中的衰减问题。又考虑到单片机的驱动能力很小,在设计中加入了7407用来驱动LED显示。整个硬件系统主要由以下几部分组成:

(1) 电压信号衰减电路:将输入的0～500 V被测电压信号衰减成0～5 V。

(2) 量程自动切换电路:完成信号量程选择及其小数点位置选择。

(3) 采样保持器:对模拟信号进行采样并保持。

(4) 模数转换及控制电路:完成对采集的数据处理和对系统的控制。

(5) 显示器:由74LS164和数码管组成,将测量的电压信号显示出来。

(6) 整流电路:将交流电整流成直流电,作为电源给数字电压表供电。

3.1 电压信号衰减电路