电压表--魏.docx

简易数字电压表电路的设计第-1-页摘要:本设计为简易电压表,它可以实现多量程交、直流电压的测量。测量电压量程为 2V、20V ,分辨率分别对应为 1mV 、10mV ; 准确度是在温度为 23? 5℃情况下测直流时为?( %RDG+3 字),测交流时为?( %RDG+3 字);输入电阻为 10M Ω;最大允许直流电压为? 500V ,最大允许交流电压为 500V 。设计电路由分压电路、输入保护及缓冲电路、交直流转换电路、 A/D 转换电路、译码显示电路组成。通过开关来实现功能和量程的转换,核心电路采用 MC14433 型3 2 1位双积分式单片 A/D 转换器,通过段驱动器和位驱动器来驱动共阴极 LED 数码管作动态扫描实现显示功能。关键字: 交、直流转换电路; A/D 转换电路; 动态显示电压一、概述数字电压表既是常用的一种数字电压表,也是构成数字万用表的基本电路。随着科技的发展,电子产品在不断更新,但数字电压表是永远不会在电子产品中消失。设计任务为:设计一个简易数字电压表,它可以测量直流、交流电压。技术指标为:测量电压量程为 2V、20V 、200V 、500V ,分辨率分别对应为 1mV 、 10mV 、100mV 、1V;准确度是在温度为 23? 5℃情况下测直流时为?( %RDG+3 字),测交流时为?( %RDG+3 字);输入电阻为 10M Ω;最大允许直流电压为? 500V ,最大允许交流电压为 500V 。本设计是对电压测量电路作单独的研究,从实质上去了解万用表中测量电压的过程。电路涉及到对电路、低频、数字电路等知识的考查。二、方案论证方案一方案一原理方框图如图 1 所示。传统的数字电压表由分压电路,输入保护及缓冲电路,交、直流变换电路,A/D 转换电路、译码显示电路组成。分压电路在电路中实现电压倍率变换起到将大电压转换成小电压的作用;输入保护及缓冲电路在电路中起到避免大电压输入对电路的烧坏;交、直流变换电路起到将交流电压转换成直流电压,且直流电压值为交流电压的有效值;译码显示电路时将电压的数值通过 LED 数码管显示出来。简易数字电压表电路的设计第-2-页分压电路输入保护及缓冲电路交、直流转换电路 A/D 转换电路译码显示电路 AC AC DC DC 图1 方案 1 的原理框图方案二方案二的原理框图如图 2所示,电路由分压电路,输入保护及缓冲电路,交、直流变换电路,A/D 转换电路,单片机及译码显示电路组成。前几个模块的功能与方案一相同,不同的是方案中用到单片机对经过 A/D 转换器后的数字信号进行记录然后通过译码显示电路进行显示。分压电路输入保护及缓冲电路交、直流转换电路 A/D 转换电路单片机及译码显示 AC AC DC DC u x图2 方案 2 的原理框图三、电路工作原理及设计 、直流共用一个分压电路,通过电阻进行分压将电压表的量程分为 2V,20V 。分压电阻的总阻值为 10MΩ,各档的分压比通过量程转换开关 S2加以选择,并且按照 10倍率关系来改变。该分压器将 0~500V 被测交、直流电压一律衰减到 2V 以下,以便于将电压送入 A/D 转换电路进行测量及显示。分压电路如图 3所示,当电路中开关 S1拨到上面时测的是直流电压,而当开关 S1 拨到下面时测的是交流电压,电容 C1 在电路中起到隔直通交的作用。 R1、R2、 R3、R4 是分压电阻, S2 是量程转换开关,从上到下量程分别为 2V,20V 。电路中Ui1 端为电压输入端, Uo1 为分压后电压输出端。 u x 简易数字电压表电路的设计第-3-页图3 分压电路 4所示,经过分压电路的电压从 Uo1 端通过输入保护及缓冲电路到 Uo2 端输出。电路中 R5,D1,D2构成输入保护电路,其中R5 在电路中起限流的作用, D1和D2 构成双相限幅电路,进行过压保护。当大电压输入不慎接小电压档时,电压就主要降在 R5上,可保护 U3不致损坏,电位器 R6用以调整失调电压。由于采用高阻分压电路,所以需要将 U3接成电压跟随器使用,以提高其输入阻抗起到缓冲作用,减小对信号的衰减,从而输出电压与输入电压保持不变。选择 U3 的原则是输入阻抗高,输入偏置电流下,功耗低并且有偏移端。低失调运算放大器 ICL7611 输入失调电压 2mV ,温度漂移为 10 μV/ ℃,偏置电流为 1pA ,转换速率 10μV/μs, 消耗电流为 10μA ,输入阻抗为 20M Ω,有失调调零端。选择 ICL7611 满足电路要求。简易数字电压表电路的设计第-4-页图4 输入保护及缓冲电路 、直流变换电路的设计交、直流变换电路是用来将交流电压变换成直