【文章內(nèi)容簡介】 為了粗略地得到被測量的電壓范圍我們采用多組比較器的方式，通過階梯式比較的方法確定輸入電壓的范圍。其具體電路如下圖（ ）所示。 圖 電壓范圍粗測電路 繼電器 8開關狀態(tài)常態(tài)時為正，當輸入電壓 Ui為負時繼電器 8在單片機的控制下工作，進行反向放大成正電壓后通過比較器檢測，輸出數(shù)據(jù)送給單片機 P1口。 則根據(jù)其設計原理：輸入電壓的范圍與 P1口對應的數(shù)據(jù)如下表所示 。 電壓范圍 P10—P14口對應的數(shù)據(jù)（ B） 0100mV 00000 100mV5V 00001 5V10V 00011 10V15V 00111 15V20V 01111 20V以上 11111 表 范圍檢測數(shù)據(jù)表 量程切換電路包括電壓衰減變換電路和無零漂小信號放大電路。 電壓變換電路 電壓變換電路由衰減電阻、切換繼電器和運算放大器組成，對應的是衰減 1/ 1/ 1/4和無零漂放大 50倍，切換電路如圖（ ）所示。電壓變換到 05V標準信 號后，再由 A/D 轉換進行采樣，最后由單片機算法還原。 圖 電壓范圍粗測電路 無零漂小信號放大電路 無零漂小信號放大電路由兩級放大器組成，前級放大器為跟隨器形式，主要實現(xiàn)阻抗變 換，由于小信號幅度很弱，所以要很高的輸入阻抗。第二級為零點補償放大器，實現(xiàn)對小信號幅度的無零漂放大，電路如圖（ ）所示，零點補償是通過電阻分壓后由滑變電阻實現(xiàn) 20mV到 20mV的微調(diào)節(jié)。調(diào)試時將輸入端接地，觀察輸出端信號，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使其輸出為零。 另外，由于實現(xiàn)的是小信號放大，所以采用精密的運算放大器。 圖 路 我們采用了八個繼電器實現(xiàn)量程的自動切換，其動作由單片機 PB口控制，其驅(qū)動電路如圖（ ）所示。 圖 驅(qū)動電路 LCD 顯示電路設計 按鍵模塊簡單有效 ,我們設計了一個按鍵實現(xiàn)峰值與平均值的顯示切換。 我們采用字符型液晶模塊 HS1602與單片機的接口和編程的方法顯示測量的電壓大小、極性、峰值。其原理電路圖如圖（ ）所示。 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器、 RW 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 RW 共同為低電平時可以寫入指 令或者顯示地址，當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)、 D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線。 主單片機通過控制 RS 和 RW，數(shù)據(jù)由 D0～ D7送入液晶顯示。報警由單片機控制并作出響應。 圖 LCD 顯示電路 信號調(diào)理總體設計電路圖如圖（ ）所示。 圖 電路 三、軟件設計與流程 軟件部分采用模塊化程序設計的方法，由單片機控制主程序、 A/D 轉換子程序、電壓檢測及繼電器控制程序、液晶顯示組成。 系統(tǒng)選用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片微控制器ATMEGAL16L， ATMEGAL16L采用低功耗 CMOS 工藝生產(chǎn)的高性能 8位 AVR 微控制器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 /計數(shù) (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。 ATMEGAL8L也是低功耗、高性能 8位 AVR 微控制器， 8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器 /計數(shù) (T/C), 片內(nèi) /外中斷，可編程 USART，面向字節(jié)的兩線串行接口， 10 位 6 路 ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及五種 可以通過軟件進行選擇的省電模式。系統(tǒng)軟件設計是在 C編譯環(huán)境下進行的，由于 C 語言程序可移植性好，所以提高了編程的效率。 單片機控制系統(tǒng)軟件流程如圖所示。 圖 主單片機控制系統(tǒng)流程圖 四、實驗測試與結果分析 本作品可以實現(xiàn)對 17V到 +17V之間任意值的測量，測量精度達到 ，誤差為10mV左右。全過程實現(xiàn)了輸入量程的自動化切換、電壓測量、液晶顯示等目的。 本作品制作完成了題目要求的基本部分的全部要求和發(fā)揮部分的大部分要求，達到了設計要求。個別指標由于時間及條件的限制無法達到精確的測量要求。 可實現(xiàn) 以下功能： 允許疊加輸入頻率為 0100HZ的交流信號。 可實現(xiàn)測量輸出電壓的峰峰值與平均值的顯示。 量程全自動轉換。 分辨率可達到三位半。 可顯示測量的信號種類，電壓極性、和數(shù)值大小等。 經(jīng)分析，測量精度之所以達不到 1mV 的要求，是由于實驗室條件的限制，我們采用了 12位的 A/D 轉換芯片 MAX187，若要實現(xiàn) 1mV的測量精度，最少需要采用 16位的 A/D 轉換芯片才能滿足采樣分辨率的需要，而且要采用精密運算放大器才能滿足高精度的實際需要，同時電路布線布局也很重要，輸入線需要屏蔽，這樣減少內(nèi)外噪聲的影響。 五、參 考文獻 [1] 李建忠 , 單片機原理及應用 . 西安：西安電子科技大學出版社 , 2020. [2]克勞斯 貝伊特 , 電子叢書 —基本電路 . 北京科學出版社 , 1999. [3]康華光 .電子技術基礎 模擬部分（第四版） .北京：高等教育出版社， 1999. [4]謝自美 .電子線路設計 實驗 測試（第二版） .武漢：華中理工出版社， 2020. [5]樊昌信等 .通信原理 .(第五版 ).北京 .國防工業(yè)出版社， 2020. [6]金春林等 . AVR 系列單片機 C語言編程與應用實例 .北京：清華大學出版社， 2020 [7]黃智偉 .全國大 學生電子競賽訓練教程 .北京：電子工業(yè)出版社， [8]李建忠 .單片機原理及應用 .西安 :西安電子科技大學出版社 , [9]全國大學生電子設計競賽訓練教程 江西：江西省電子電腦科技活動中心 . [10]ATMEGA16L單片機芯片使用手冊， [11] 童詩白，華成英 模擬電子技術基礎，高等教育出版社， [12] 陳明熒， 8051單片機設計實訓教材，