智能数字交流毫伏表的设计与实现
数字交流毫伏表的设计与制作
〔 北京航空航天大学出版社， 何立民 2 单片机应用文集 5 ( 6 〔 (〕 .〕 2 北京： (7742 〔 刘文武 2 真有效值电压毫伏表的设计与制作 〔 "〕 8〕 2 实验技术与管理， "##( ， (9 5 ( 6 ： !72 〔 — 输入通道器件分册 〔 北京航空航天大学出版社， 纪宗南 2 单片机外围电路器件实用手册—— 4〕 :〕 2 北京： (7792
摘
要 ：晶体管交流毫伏表只能用于正弦电压测量，使测量任意波形电压受到限制 ! 由
"#$%& 、 ’()&*+& 等组成高精度数字交流毫伏表，可以直接计算出输入交流波形的有效值 ! 关键词 ：有效值；放大器；单极性 中图分类号 ： ,-.%/ 文献标识码 ： " 文章编号 ：*++. 0 %*12 3 /++* 4 +% 0 ++/& 0 +5
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数字交流毫伏表的系统组成
数字交流毫伏表的系统流程图如图 * 所示，它由 6 */ 伏电源、整流滤波、放大电
路、 "#$%& 有效值转换电路和数码显示电路组成 !
图*
数字交流毫伏表系统流程图
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#$%&’ 芯片简介
此方程为 789: ; 〔 "#$%& 芯片能求出真有效值方程的隐含解， 7<=/ > 789:〕 ! 它分成四部
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基于RMS转换技术的智能毫伏表设计
37科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 程 技 术基于RMS转换技术的智能毫伏表是针对传统测量仪表采用平均值转换法来对遇到大量的非正弦波测量存在着较大的理论误差这一缺陷而设计的。
为了实现对交流信号电压有效值的精密测量,并使之不受被测波形的限制,可以采用RMS转换技术,也就是真有效值转换技术,它不是采用整流加平均的测量技术,而是采用信号平方后积分的平均技术。
真有效值直流变换可以直接测得各种波形的真实有效值。
1 硬件系统设计被测信号首先经过衰减及可编程放大以实现测量量程的自动切换,然后进行真有效值转换,转换得到的真有效值直流电压进行A/D转换变成数字信号后送入单片机系统进行数字处理及显示。
1.1衰减电路设计真有效值智能毫伏表主要功能是测量不同的电压,而且要求测量的电压值范围很宽,从1m V ～300V 的直流、正弦交流电压,最大与最小之比达到1000000个数量级。
即使采用6×1/2位A/D芯片也不能满足这样大的动态范围,而且输入电压过高也会烧毁电路元件及系统,因此,要首先对被测电压进行衰减。
本设计的衰减电路采用的是电阻串联分压式的衰减,运用了四个不同阻值的电阻对被测信号实现了1000倍的衰减。
1.2放大电路的设计由于本系统测量的电压范围是很宽的,可从1mV～300V,而且为了保证电路元器件的正常工作对输入信号进行了1000倍的衰减,因此,为了使系统能对毫伏级输入信号的精确检测,需要对信号进行放大。
而在本系统中利用可编程放大器(PGA)和单片机控制,很容易地实现了自动量程切换与系统的自动测量。
可编程放大器采用了国产的数字可编程增益放大器SFM004。
它是采用薄膜工艺制作的混合集成电路,它由运算放大器、高精度电阻网络和数字可编程开关网络组成。
具有低输入偏置电压、高输入阻抗、高精度增益、功耗低等特点,可与国外NSC公司的LH0086互换使用。
简易数字显示交流毫伏表的设计.概要
2.2.2高频放大级...............................................2
2.2.3真有效值转换.............................................2
3.2程序核心简介
3.2.1自动量程转换程序
有效值测量部分的待测电压范围宽，为保证精度，必须设定多个不同的量程。我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”。前者把电压范围为10mV到2.82V的搬移到2V，后者能把1V到282V的电压搬移到2V。我们通过D/A转换器微调程控放大器的增益，使输入电压搬移到2V附近，然后经A/D转换器得到较为准确的结果电压（接近2V）。通过D/A给出的增益值和A/D得到的结果电压可以运算出待测电压的有效值。
100Hz
99.9999Hz
0.0001%
3
1.000V
1kHz
1.00000KHz
0%
4
1.000V
10kHz
10.0000KHz
0%
5
1.000V
100kHz
100.000KHz
0%
6
1.000V
1MHz
1.00000MHz
0%
7
1.000V
5MHz
5.00000MHz
0%
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5.总结
本系统由优质的模拟器件为核心，辅以SPEC061A单片机作为控制部件，CPLD可编程逻辑器件作为频率测试的硬件平台，实现了集有效值测量、频率测量、信号发生于一体的多方位系统。在本次设计的过程中，我们遇到了许多突发事件和各种困难。由于模拟器件对外部电磁干扰反应太过明显，设计和调试曾一度陷入中断，但通过团队的仔细分析和自我调整状态后我们终于解决了所有问题，取得了圆满的结果。深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性，提高了我们解决问题的能力。
智能数字万用表的设计
经济学院电子设计大赛设计报告课题名称：数字智能万用表指导教师：汪成义王金庭光然学生：汪凡夏晶晶薇学生院系：电子工程系时间： 2011年7月智能数字万用表一 设计目的1、培养综合性电子线路的设计能力。
2、掌握综合性电子线路的安装和调试方法。
3、学会基于M3进行软件设计。
二 任务及要求 1、任务设计并制作一台具有直流电压、交流电压和电阻测量功能的智能数字万用表。
示意图如图1所示。
图1 智能数字万用表示意图2、要求1、基本要求（1）213数码显示，最大读数1999。
（2）直流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为0.2%1个字；输入阻抗≥10MΩ。
（3）交流电压量程：0.2V 、2V 、20V ，精度为0.5%2个字（以50 Hz 为 基准）；输入阻抗≥10MΩ；频率响应围为40~1000Hz 。
（4）电阻量程： 2Ω、200Ω、2M Ω，精度0.2%2个字。
2、发挥部分（1）直流电压测量具有自动量程转换功能。
（2）具有“自动关机”功能，即在测量过程中，若1分钟无任何键按下，仪器会自动关闭显示并处于低功耗状态；再按任意键，仪器能返回“自动关机”前的工作状态。
（3）具有相对误差（△%）测量功能，即在进行某项测量时，首先通过示屏提示用户从键盘输入标称值，一旦输入确认后，仪器能显示相对误差中的△值。
（4）其它。
三 总体设计方案1、系统模块图根据题目要求和本系统的设计思想，系统主要包括图2所示的模块：图2系统模块框被 测 量 输 入电测阻测直流 测交流 交测直流转换电路电阻测量电路量 程 自 动 转换电路A /D 转换电路 单片 机 系 统键盘与显示2、总体方案分析若被测量为电阻，则须经过电阻测量电路将电阻量转化为直流电压量后才可以进入量程自动转换电路；若被测量为直流电压，则可以直接进入量程自动转换电路；若被测量为交流电压，则需要先经过交直流转换电路将交流电压转换为直流电压后再进入量程自动转换电路。
6、智能数字交流毫伏表的设计与实现
智能数字交流毫伏表的设计与实现ΞThe Design and R ealization of Intelligent Digital AC Millivoltmeter张 ,周婷婷,扈 啸(国防科学技术大学三院 湖南长沙410073)【摘 要】 介绍了一种基于单片机和测量电压真有效值方案设计的智能数字交流毫伏表。
它能精确测量任意波形的低频模拟周期信号并同时显示其有效值和分贝值。
具有智能量程转换功能。
关键词:单片机,数字毫伏表,真有效值,智能量程转换【Abstract 】 This paper introduces a kind of intelligent digital AC millivoltmeter that is based on the chip microcomputer and the design of voltage ’s real virtual value measuring.It not only can measure the discretionary low 2frequency analog signals exactly ,but also can simultaneously show their virtual values and decibels.It has the function of intelligent range switching.K eyw ords :chip microcomputer ,digital millivoltmeter ,real virtual value ,intelligent range switching1 引 言在电气测量中,电压是一个很重要的参数。
如何准确地测量模拟信号的电压值,一直是电测仪器研究的内容之一。
目前所用的模拟电压表多为平均值检波,存在测量非正弦信号误差较大、测量小信号时漂移较大的问题,致使仪器灵敏度受到限制。
简易数字显示交流毫伏表的设计
3.2.1自动量程转换程序
有效值测量部分的待测电压范围宽，为保证精度，必须设定多个不同的量程。我们分别选择此两个增益调节范围为“交流毫伏档”和“交流伏特档”。前者把电压范围为10mV到2.82V的搬移到2V，后者能把1V到282V的电压搬移到2V。我们通过D/A转换器微调程控放大器的增益，使输入电压搬移到2V附近，然后经A/D转换器得到较为准确的结果电压（接近2V）。通过D/A给出的增益值和A/D得到的结果电压可以运算出待测电压的有效值。
2.系统的硬件设计与实现
2.1系统硬件的基本组成概述
本系统由电源、保护电路、分压跟随、信号放大、信号真有效值转换、A/D、D/A、CPLD频率测试、算法控制器、键盘、显示、语音播报、打印、电源等十几个模块组成。各部分紧密联系，形成了一套完善的测量系统。
2.2有效值测量单元电路的设计
2.2.1有效值转换电路总揽
4.2 指标测试...................................................6
4.2.1真有效值测试..............................................6
4.2.2频率测试..................................................7
1.001V
0.1%
5
100kHz
1.000V
1.007V
0.2%
6
1MHz
1.000V
0.997V
-0.3%
7
2MHz
1.000V
0.996V
-0.4%
幅值响应测试：
序号
频率
输入电压
测量结果
简易数字显示交流毫伏表设计报告
伏表设计报告
摘 要：
本交流毫伏表系统包括继电器开关模块、阻容分压网络、射极跟随器、放大 电路、分频电路、真有效值转换、单片机键盘及显示电路等模块，能够实现交流 电压信号的有效值测量、频率测量，并具有频率步进可调及预置数的正弦信号发 生等功能，数据、 操 作 菜 单 由 LCD 显 示 。 该 交 流 毫 伏 表 可以测量频率范围 为 10Hz-1.5MHz、有效值 1mV-300V 的交流电压信号。正弦信号发生部分采用 AD9851 芯片，频率值键入后，由单片机控制 AD9851，生 成 高 精 度 ， 高 稳 定 的 频 率 范 围 为 1HZ-400kHz 的 正 弦 信 号 。 单 片 机 SPCE061A 主 要 实 现 用 户 接 口 界 面 （ 键 盘 扫 描 、 液 晶 显 示 以 及 其 他 服 务 进 程 的 调 度 ）、 A/D 转 换 、 D/A 转 换 、 继 电 器 控 制 以 及 电 压 频 率 测 量 计 算 等 方 面 的 功 能 。 该 系 统 具 有 很 好 的 人 机 交 互 性 能 （HCI），方 便 用 户 进 行 操 作 ，并 具 有 自 动 校 准 和 语音报数等功能。
关键词：交流毫伏表；SFra bibliotekCE061A 单片机;阻容分压网络；跟随电路；放大模块；继电 器; 宽频；自动量程转换；自动校准；正弦波信号源
ABSTRACT This AC mV meter system ， which includes RC
Potentio-distribution Network，Emitter Follower, amplifier module , has the function of measuring of AC-RMS and freqency，and also generating of frequency-adjustable sinusoidal signal .LCD display and Preseting of frequency through keyboard is also available. And we use the relay circuit to realize switching of range, using the relay circuit which is controlled by the SCM.Then the signal is transferred to AD637 to calculate the RMS. ADC is 10bit which is inside of the MCU,and the LCD is used to display the value.. The AD9851 is used in the sinusoidal-generating module. The value of frequency is sent to AD 9851 by the MCU, generating high precision high stable measure signal .SPCE061A fulfills user interface(keyboard、LCD),AD and frequency measurement.
智能交流电压表设计
智能交流电压表的设计摘要:电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
在电网调度自动化的设备中需要配置多只测量显示上述电工参数的镶嵌式面板表，如电压表、电流表、功率表等等，其一般均为指针式面板表，精度低，可视距离近，数据需要人工抄录，浪费人力资源，数据管理不便，容易出错。
近年来，随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量控制仪表领域的新的技术革命。
本文在研究国内外有关智能仪器仪表最新科研成果的基础上，采用单片机作为测量仪器的主控制器，设计出可与上位计算机进行通信的新型智能交流电压表。
这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。
智能化仪表不仅具有传统仪表的显示功能，还应具有通信功能。
把测量到的数据信息发送给上位计算机或远程计算机，接收并执行计算机或其他控制单元发出的指令.智能仪表将作为工厂底层网络的主体，在工业生产的自动化、总线化、网络化方面发挥主导作用。
关键词: 单片机；智能仪表；数据处理；通信DESIGN OF INTELLIGENT AC VOLTAGE METERABSTRACT：Electrical parameter includes voltage,current,power，frequency，power factor,and so on .The adjustment system of electrical network needs many panel instruments that can show the electrical parameter,such as voltage,current,power,ually these instrument is not accurate,wastes manpower resource,and the management of the data is inconvenient and easy to mistake.Recently the development of micro-electronics technology and the advent of SLSI,especially the advent of singlechip,lead to a new revolution in the field of instrument.In this paper，on the basis of studying the up to date fruit of instrument ,a new intellective instrument which adopts singlechip as control core and which can communicate with the PC is designed. This appliance which bases on the singlechip compounds the technology of computer and measure. It is improved very much on processing result and the diversification of function.Intelligent instrumentation is not only traditional instrument display, but also with the communication function. Put measurement information to the data sent to the host computer or remote computers, receive and the implementation of a computer or other control unit issued directives. Intelligent instrumentation as a factory-floor main network, in industrial production automation, bus, Internet-based play a leading role.Keywords: singlechip;intellective instrument;data process;communication.第1章绪论电工参数一般包括电压、电流、功率、频率、功率因数等。
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2012 年 8 月第 22 期
Science & Technology Vision
科技视界
机械与电子
计、建立数学模型、绘制程序流程图、编写程序。 软件方面的设计包括编写、运行、调试 PC 机的汇编语言
以及单片机的汇编语言程序，需要使用汇编语言、C 语言等高 级语言。 本设计里采用 Debug 来编程，而单片机的汇编采用伟 福仿真软件来编程应用系统软件的设计。 单片机的软件设计 是在裸机条件下开始设计的，而且随应用系统的不同而不同。
MOV WDTCN, #0Adh
SETB EA
； 重新允许中断
写 0xDE 和 写 0xAD 必 须 发 生 在 4 个 时 钟 周 期 之 内 ，否
则禁止操作将被忽略。 在这个过程期间应禁止中断，以避免
两次写操作之间有延时。
外部晶振设置
使 用 晶 体 或 陶 瓷 谐 振 器 作 为 MCU 的 外 部 振 荡 器 源 ，应
新世纪，科技迅猛发展，学科知识领域不断扩展，知识量 与日俱增，利用各种载体的文献信息资源更加丰富，在这种 形势下，图书馆“藏”的功能无论在文献载体的种类方面还是 在范围方面，都将有增无减。
5 公共图书馆在新农村建设中具有开发智力资源 的作用
公共图书馆具有丰富的知识源、 较高素质的专业技术人 员和先进的技术设备，可以充分开发智力资源。 图书馆开发智 力资源的功能主要包括两个方面：一是开发利用信息；二是开 展智能教育。 公共图书馆开发利用信息的具体方式就是利用 丰富的信息资源，凭借先进技术，及时提供经过馆员梳理提炼 的知识，并以信息产品的形式，传递到新农村的社会环境中， 服务于新农村，促进新农村经济、政治和文化的发展。
因为可编程增益放大器 SFM004 的寄存器影响了多路选 择开关，所以它们通常在外设被配置前由系统的初始化代码 配置，一旦配置完毕将不再对其重新编程。 2．2 系统程序流程图
经过以上分析，主程序流程图如图 3 所示。
图 2 软件设计的整体思路结构框图
本系统的软件设计包括以下几个模块：清零、初始化、数
3）AC/DC 转换电路设计 在本设计中模拟信号数字化处理的关键是首先要实现 信号从模拟电压到 N 位数字量的转换，AD736 转换器即是实 现这一功能的器件。 AD736 是经过激光修正的单片精密真有 效值 AC/DC 转换器。 其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量 程 为 200MVRMS）、测 量 速 率 快 、频 率 特 性 好 （工 作 频 率 范 围 可达 0～460KHz）、输入阻抗高、输出阻 抗 低 、电 源 范 围 宽 且 功 耗低（最大的电源工作电流为 200μA）。 用它来测量正弦波电 压 的 综 合 误 差 不 超 过 ±0.3%。 4）主控芯片 8031 设计 主控系统是本设计的两个重要组成部分之一，主控系统 芯片的选取决定了设计仪器的测量质量和其性价比，在本设 计中选取了 8031 作为本设计的主控芯片。 8031 是 用 静 态 逻 辑 来 设 计 的 ， 其 工 作 频 率 可 下 降 到 0Hz， 并提供两种可用软件来选择的省 电 方 式— ——空 闲 方 式 和掉电方式。 在空闲方式中，CPU 停止工作，而 RAM、定时器/ 计数器、串行口和中断系统都继续工作。 在掉电方式中，片内 钟 振 荡 器 停 止 工 作 ，由 于 时 钟 被 “冻 结 ”，使 一 切 功 能 都 暂 停 ， 只保存片内 RAM 中的内容，直到下次硬件复位为止。 5）显示电路设计 选用由发光二极管组成的七段数码显示器。
智能教育包括培养人们获取知识， 运用知识的能力、知 识创新能力、语言文字表达能力和组织管理能力。 图书馆作 为公众自我教育的重要场所，它是一个不同于学校的、持久 性的，层次更高的，获取智能教育成果的场所。
6 公共图书馆在新农村建设中发挥文化娱乐作用， 丰富农村居民的精神文化生活
公共图书馆还具有文化娱乐的功能，能够为农民闲暇时 提供一个娱乐休闲的环境和场所。 加强农村基层公共图书馆 建设，把农村图书馆（室）改造成吸引农村居民积极参与的娱 乐活动室。 比如：对儿童提供服务方面，除提供少儿读物外， 还可以提供玩具、儿童电影电视节目、播放视频录像等；针对 中青年农民可提供一些报纸、文艺杂志、经典图书、多媒体光 盘 ，组 织 一 些 跳 舞 、服 装 表 演 、卡 拉 OK 等 ，在 给 他 们 提 供 放 松、交流的场地、机会的同时，充分发挥图书馆文化教育的职 能，引导他们追求健康文化生活，追求自我发展；对老年人可 准备一些棋类、扑克牌等，扩展其智力思维空间，农闲时举办 一些家庭演唱会，戏曲演唱等，这些文化娱乐活动既可以联 络邻里之间的感情，又丰富了农村居民的文化生活，从而有 利于提高农村居民的综合素质。
据采样、调取数据子程序、调数据处理子程序、数据采样完、
显示。
初始化
程序设计第一步就是对单片机进行初始化，本设计中单
片机初始化包括：关看门狗、外部晶振设置、串行口初始化、
多路选择开关设置。
关看门狗
下面的代码段说明禁止 WDT 的过程：
CLR EA
； 禁止所有中断
MOV WDTCN, #0DEh ； 禁止软件看门狗定时器
可能导致不可预见的后果。 过程为：
允许外部振荡器
等待至少 1ms
查询 XTLVLD‘0’=>’1’
将系统时钟切换到外部振荡器
多路选择开关设置
194 科技视界 SCIENCE & TECHNOLOGY VISION
图 3 主程序流程图 中断子程序流程图和显示子程序流程图如图 4 所示。
图 4 动态显示子程序流程图和 中断子程序流程图 （下转第 239 页）
选 择 外 部 振 荡 器 频 率 控 制 值 （XFCN）。
当外部晶体振荡器稳定运行时， 晶体振荡器有效标志
（OSCXCN 寄存器中的 XTLVLD）被硬件置‘1’。 XTLVLD 检测
电 路 要 求 在 允 许 振 荡 器 工 作 和 检 测 XTLVLD 之 间 至 少 有 1
ms 的启动时间，在外部振荡器稳定之前就切换到外部振荡器
图书与档案
Science & Technology Vision
科技视界
2012 年 8 月第 22 期
此，扫盲工作仍是公共图书馆长期以来的重要任务。 其次，公共图书馆为广大社会公众包括农民提供了一个
实现自我再教育的场所和机会， 它对培养人们的自学能力、 科学思维和创新能力有着非常重要的作用。
4 公共图书馆具有保存知识和人类文化遗产的重 要作用
【参考文献】 ［1］惠 君.构 建 公 共 图 书 馆 服 务 体 系 促 进 和 谐 社 会 发 展[J].图 书 馆 论 坛,2006-1-9. ［2 ］ 陈 霞 . 图 书 馆 信 息 扶 贫 之 我 见 [J]. 老 区 建 设 ,2003(8). ［3 ］ 吴 慰 慈 . 公 共 图 书 馆 在 和 谐 社 会 中 的 作 用 [J]. 图 书 馆 ,2006(1).
【关键词】真有效值；智能毫伏表；程序；可编程放大器
0 引言
和以往的有效值测量技术不同，真有效值直流变换可以 直接测得各种波形的真实有效值，它不是采用整流加平均的 测量技术， 而是采用信号平方后积分的平均技术。 采用 AD736 来简化仪器的设计，增加信号测量品种，并且 灵 敏 度 、 精确度也大大改善。 本智能数字毫伏表能够对频率为 20Hz－ 1MHz、幅值为 1MV－300V 的交变电压进行测试。 并具有自动 调零、自动过载报警、自动量程切换、自动单位换算、数码显 示等特点。
2）放大电路设计 本毫伏表测量的电压范围很宽，要进行量程变换。 在以 往的仪器中均采用手动切换，而在本设计中选用了可编程放
大 器 （PGA）和 单 片 机 加 上 少 量 的 软 件 ，来 实 现 自 动 量 程 变 换 。 可编程放大器采用的是数字 可 编 程 增 益 放 大 器 SFM004。 它 由运算放大器、 高精度电阻网络和数字可编程开关网络组 成。 具有低输入偏置电压、高输入阻抗、高精度增益、功耗低 等特点。
【参考文献】
［1］张 友 德 ，赵 志 英 ，涂 时 亮 . 单 片 机 原 理 、 应 用 与 实 验 [M]． 复 旦 大 学 出 版社． ［2 ］ 张 康 敏 . 电 子 线 路 [M]． 中 国 广 播 电 视 出 版 社 ． ［3］何立民.单片机应用系统设计[M]．北京航空航天大学出版社，1990，1． ［4］ 真有效值 ACDC 转换器 AD736 及其在 RMS 仪 表 电 路 中 的 应 用 [OL]．维普资讯网． ［5 ］ 朱 善 君 ，孙 新 亚 ，吉 呤 东 . 单 片 机 接 口 技 术 [M]． 清 华 大 学 出 版 社 ．
自有文字记录的文献载体产生以后， 图书馆便应运而 生。 保存知识和人类文化遗产是图书馆原初的功能和作用， 以便知识、文化能够世代相传，不至于中断和停滞。 图书馆自 创始之日起便理所应当地担当起保存人类文化遗产的神圣 使命。 从各种文化的传播载体以至所有人类创造的一切知识 形态，都是图书馆收集、整理、分编、入藏、服务于公众的对 象，这是图书馆最古老的功能，人类文化遗产正是经过图书 馆的不懈努力而保存完好的。
2 系统软件设计
2．1 软件设计思想 软件设计研制的过程包括问题的定义、 软件结构的设
作 者 简 介 ：王 一 萍 （1963.03 — ），女 ，重 庆 市 工 业 学 校 ，本 科 ，讲 师 ，研 究 学 科 或 方 向 为 电 子 技 术 应 用 。 SCIENCE & TECHNOLOGY VISION 科技视界 193
1 系统硬件设计
1．1 硬件设计框图 本智能毫伏表Байду номын сангаас主要硬件框图如图 1 所示： 被测信号通过
信号的衰减→可编程增益放大（PGA）→AD736 转换器→8031→ 数码显示。
图 1 硬件设计框图