數(shù)字式智能電壓表的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-27 20:49 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下：當(dāng)電路上電后，換程控制電路自動(dòng)將量程設(shè)置為最高擋，然后欠量程識(shí)別電路對(duì)放大后的輸出Uo 進(jìn)行判斷。判斷標(biāo)準(zhǔn)是以和它相配的A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入上限作為其上限閥值Umax，以9%Umax 作為其下限閥值Umin，UoUmin 為欠量程。若欠量程，則由換程控制電路控制量程由高到低變化至放大電路輸出Uo 大于Umin。若輸入U(xiǎn)i 變化后可先使儀表復(fù)位到最高擋，再由電路自動(dòng)根據(jù)Ui 減至合適量程為止。以上過刪除部分和單片機(jī)換程信號(hào)。(1)10 倍放大器電路通常，檢測(cè)信號(hào)的放大采用集成運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的加、減、微分、積分等運(yùn)算。運(yùn)算放大器電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小，根據(jù)負(fù)反饋電路的接法，可以實(shí)現(xiàn)反相運(yùn)算、同相運(yùn)算和差動(dòng)運(yùn)算等。由于經(jīng)傳感器變換后的模擬電壓信號(hào)有時(shí)是很微弱的微伏級(jí)信號(hào)，而一般的通用放大器都具有毫伏級(jí)的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移，顯然是不能用于放大微弱信號(hào)的。因此在設(shè)計(jì)中要采用高精度運(yùn)算放大器或測(cè)量放大器。刪除部分圖212 10倍放大電路圖(2)負(fù)電壓識(shí)別及反相電路 在直流電壓的測(cè)量過程中，不僅僅只是對(duì)正電壓的測(cè)量，必然還會(huì)涉及到測(cè)量負(fù)電壓。在這個(gè)問題上，常用的方法是采用同相加法器給被測(cè)電壓加上一個(gè)基準(zhǔn)刪除部分0≤U≤4V，由于是采用軟件進(jìn)行自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換，電壓經(jīng)過抬高后無法有效地進(jìn)行欠量程判斷，因此采用了與零比較的方案。當(dāng)輸入電壓大于零時(shí)，LM339向單刪除部分如圖214負(fù)電壓反相電路 (2)欠量程識(shí)別電路因?yàn)槌跏茧妷毫砍淘O(shè)置為最高擋，因此只需要欠量程信號(hào)比較即可調(diào)節(jié)量程。欠量程識(shí)別電路的原理示意圖如圖210 所示。該電路才用LM339 中的一只運(yùn)放構(gòu)成下限閥值比較器，當(dāng)Uo 小于Umin 時(shí)，LM339 輸出低電平，表示欠量程信號(hào)UR；當(dāng)Uo 大于Umin 時(shí)，LM339 輸出高電平RR，表示量程合適。由于還存在負(fù)電壓測(cè)量問題，而正電壓和經(jīng)過反相器的負(fù)電壓是通過不同的線路由多路模擬開關(guān)CD4051(2)選擇進(jìn)入V/F轉(zhuǎn)換器的，所以我們需要兩個(gè)上述的欠刪除部分 (3)換程控制電路 (1)CD4051多路開關(guān)簡(jiǎn)介CD4051是一個(gè)雙向8通道多路開關(guān)，相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。它有3個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A、B、C和一個(gè)禁止輸入端INH，并由3位二進(jìn)制信號(hào)來選擇8個(gè)通道中的一個(gè)通道。這些開關(guān)電路在整個(gè)刪除部分通，允許模擬量輸入。CD4051導(dǎo)通電阻小，在常溫下的導(dǎo)通電阻為幾百歐姆。供電電壓范圍較寬，速度相對(duì)較快，控制簡(jiǎn)單，適合作為量程轉(zhuǎn)換模塊中選擇刪除部分 (2)換程電路換程控制電路的原理示意圖如圖211 所示。刪除部分圖218換程控制電路圖該電路由分壓電路、多路模擬開關(guān)和單片機(jī)I/O口組成。其作用是按輸入條件信號(hào)(正負(fù)電壓判斷信號(hào)，欠量程信號(hào)、原量程信號(hào)) 進(jìn)行判斷，、 輸出量程控制信號(hào)送入模擬開刪除部分最低量程時(shí)仍欠量程，則維持最低量程不變化；③量程合適時(shí)，維持原量程不變；④每擋量程都能達(dá)到并保持；⑤當(dāng)量程為最低擋時(shí)仍欠量程，則維持原量程不變化；⑥電路上電時(shí)，量程信號(hào)從最高擋起步。、 口解決，==0、=0。選通CD4051(1)開關(guān)的X4通路(4)自動(dòng)切換應(yīng)用電路刪除部分。如果是測(cè)量直流電壓則直接對(duì)其由OP07 組成的電路放大10倍后，即通過由LM339構(gòu)成的刪除部分壓，那么就必須經(jīng)過由LM124構(gòu)成的電壓反相器將負(fù)電壓轉(zhuǎn)換為等值的正電壓后再與電壓比較器比較判斷送入量程識(shí)別電路進(jìn)行判斷。如果測(cè)量的是交流電壓，應(yīng)先對(duì)衰減信號(hào)進(jìn)行放大、隔直、整流、濾波，然后對(duì)輸出的直流刪除部分行比較直至量程合適；同時(shí)輸出電平給CD4051(2)的INH腳，控制它的有效性，當(dāng)電平為0時(shí)，模擬開關(guān)有效進(jìn)而使電壓進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行壓頻轉(zhuǎn)刪除部分 A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，二是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，三是并行A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。它的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，抗干擾性好，價(jià)格便宜，但轉(zhuǎn)換速率低。刪除部分D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，進(jìn)過n次比較而得到數(shù)字值。它的優(yōu)點(diǎn)是精度、速度、價(jià)格適中、不存在延遲問題。適合于中速率而分辨率較高的場(chǎng)合。并行A/D轉(zhuǎn)換器是內(nèi)部有多個(gè)比較器，只需要作一次比較就可完成轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)是它是所有A/D轉(zhuǎn)換器中速度最快的，但價(jià)格也昂貴，分辨率卻不是很高。在轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速率、以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，該系統(tǒng)決定選用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的ADC0809型。ADC0809是典型的8位MOS型8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，每采集一次一般需100μs。圖230逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼刪除部分A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。其中ADC0809引腳圖如圖214所示： 刪除部分圖231 ADC0809引腳圖單片機(jī)選用的是ATMEL公司新推出的AT89S52，如圖215所示。該芯片具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，是采用CMOS工藝的8位單片機(jī)，與AT89C51完全兼容。AT8
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