一种量程自动转换高精度数字电压表的设计
量程自动切换电压表设计
量程自动切换电压表设计1. 引言量程自动切换电压表是一种能根据被测电压的大小自动切换量程的电子测量仪器。
它能够在不同的电压范围内精确测量电压并显示结果。
本文将介绍量程自动切换电压表的设计原理、电路结构和关键技术。
2. 设计原理量程自动切换电压表的设计原理是基于电压的量程切换和信号处理。
它通过感知输入电压的大小，并根据预设的电压范围选择合适的量程进行测量。
以下是该电压表的基本设计原理：•输入电压感知：设计中需要使用示波器或电压检测电路来感知输入电压的幅值和频率。
•量程切换：根据输入电压的大小，通过开关电路控制电压表的量程切换。
•信号处理：根据量程的切换，将输入电压转换为合适的电压范围，并进行信号调理和滤波。
•结果显示：经过信号处理后的电压值将显示在电压表的数码管或液晶显示屏上。
3. 电路结构量程自动切换电压表的电路结构主要包括输入电路、量程切换电路、信号处理电路和显示电路。
以下是该电压表的典型电路结构：3.1 输入电路输入电路主要负责接收被测电压并将其传递给后续的电路进行处理。
它通常包括输入保护电路、放大电路和输入选择开关。
输入保护电路主要是为了保护电压表免受过大的输入电压的损坏。
它通常使用稳压二极管、过压保护电路等来限制输入电压的幅值。
放大电路负责将输入电压进行放大，以便后续电路可以正确处理。
放大电路通常使用运放或差动放大器。
输入选择开关用于根据输入电压的大小选择合适的量程。
它可以是机械式开关或电子开关，它们根据输入电压与预设的电压范围进行比较，并选择适当的量程。
3.2 量程切换电路量程切换电路根据输入电压的大小，将电压表的量程切换到合适的范围。
它通常使用数字电路或模拟开关电路来控制电压表的量程切换。
量程切换电路要根据输入电压的大小选择合适的量程，以保证测量的精确性和稳定性。
它可以通过比较器和逻辑电路实现。
3.3 信号处理电路信号处理电路负责将经过量程切换的输入电压转换为合适的电压范围，并进行信号调理和滤波。
一种量程自动切换数字电压表的设计
１１ Ｃ
进行电压输出 ，若 ｖｘ小 于 ｖＩ 则选择 下一个 比该 档位
图 ４（ｂ） 送显子程序流程图
测电压所选择 的档位 。输入 的模拟 电压通过 Ａ／Ｄ转换模块
将其转换成数字 电压 ，再 通过 软件 编程 的方式使其 在 ＬＥＤ
数码显示 器上显 示 出来 ，实现 了数 字 电压表 的数字 显示 功
能 。 电路的组成 框图如 图 １所示 ，电路主要有档位 自动切换
电路 、Ａ／Ｄ转换电路 ，显示 电路与单片机及其外 围电路组成 。
现电路的档位 自动切换功能。该电路主要有四个档位 ，它们 分别是 ２．５Ｖ、５．０Ｖ、１０．０Ｖ和 ２０．０Ｖ档 。为 了计算方便 ，本
端的脉 冲由单片机 的 Ｐ３．４产生启 动 ＡＥＸ２０８０９，由 Ｐ３．６设 置 ＡＥＸ２０８０９有效 ，即 Ｐ３．６为高电平 时 ＡＥＸ２０８０９有效 ，Ｐ３．７ 作为转换结束标志 ，转换 结束 Ｐ３．６变为低 电平 。通过 软件 实现 了 ＡＤＣ０８０９的模数转换功能。
表。与传统 的模拟式仪 表 比较 ，具有显 示清 晰直观 ，读 数准 调节各个电位器而得 到衰减 电压 ，再通过电位器的中间抽 头
确 ，测量范围宽 ，扩展 功能强 等优点。适用 于教学实验 演示 输出衰减后的电压值 ，电路如图 ２（１ｏ）所示 ，该 衰减器避免 了
及测控设备仪表等多种场合 。
维普资讯
第 ６期
贾培军，等 ：一种量程 自动切换数字电压表的设计
ｌｌ
１．４ 时钟 电路和复位 电路 时钟电路 由片外石英晶体、微调 电容和单片机的 内部 电
路组成。选 用 １２ＭＨｚ晶体 ，微 调 电容 Ｃ１、Ｃ２采 用 ３０ｐＦ的 瓷片电容 ，单 片机 的复位电路有 开关复 位和上 电复位 两种 ， 本设计采用开关复位电路 ，电解 电容 Ｃ３＝１０ Ｆ，电阻 Ｒ８＝ ２００ｆ￣，Ｒ９＝１ｋＱ，在单 片机工作 时复位 电路中按键按 下后单 片机 内各寄存器的值变为初始状态值。
量程自动切换的数字万用表设计毕业论文
分类号：密级：毕业论文（设计）题目:量程自动切换的数字万用表设计系别:专业年级:姓名:学号:指导教师:20xx年06月01日原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。
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论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：摘要这篇文章着重说明量程自切换的数字万用表设计方法。
本次设计的主要目的是实现仪表的量程自动切换功能。
作为一个用户，不需要手动选择范围，消除对选择过程的范围需要。
量程自动切换是通过软件程序控制硬件电路来实现的，所以测量过程更加方便。
这种设计使数字仪表成为智能仪表，与原来相比，测试效率和结果更准确。
本次设计所采用的量程自动切换模块是用由程序控制的增益放大器PDG，并通过试探发确定控制值。
本次设计可以达到的功能有：第一，量程自动切换；第二，防止使用者因选错量程而导致万用表损坏；第三，防止选择开关选择量程时引起的机械损耗而使测量精准度下降。
基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计与实现
基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计
与实现
1、引言
在模数混合系统的设计中，对模拟信号的采样一般是使用专用的A/D转
换器，再加上专门的译码和锁存电路把模拟信号转换成合适的数字信号。
但这样使系统的设计电路较复杂，用到的集成芯片较多，给设计带来不便。
为了克服以上设计中的缺点，在本系统的设计中采用了高集成度芯片ICL7107作为对模拟信号的采样模块，使得电路设计更加简单，可靠性大大提高。
2、系统总体设计
本文设计的电压表是一个3/2位直流电压测量的数字式电压表，测量范围为直流0~199mV、0~1.99V、0~19.99V、0~199.9V、0~1999V，共5个量程。
电压值显示稳定，读数方便，能测量正、负电压且能自动切换量程，使用方便。
系统框图如图1所示。
本系统可分为测试电压转换、模拟电压通道、
A/D转换及译码锁存、显示、超欠量程识别和量程切换及小数点驱动6部分。
3、系统各模块电路实现。
量程自动切换的数字电压表设计
v2_on; ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC==0); OE=0; getdata=P0; OE=1; if(getdata<21) { goto _02v; } else if(getdata>204) { goto _20v; } l=2; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*10; temp=temp/2; goto disp; _02v: //0~200MV 量程 v02_on; ST=0; ST=1; ST=0; while(EOC==0); OE=0; getdata=P0; OE=1; if(getdata>204) { goto _2v; } l=1; temp=getdata; temp=(temp*100/51)*100; temp=temp/20; disp: dispbuf[0]=0; dispbuf[1]=0; dispbuf[2]=0; dispbuf[3]=0;
量程自动切换的数字电压表设计 /share/detail/23592439
【设计要求】 ⑴测量范围 0~20V 直流电压， 量程可自动切换 （0~200MV， 200MV~2V， 2V~20V） 。 ⑵测量精度 20MV，误差<=1%。 ⑶用四位八段数码管显示被测电压值。
原理图：（分模拟输入部分和单片机部分）
C 语言原程序如下：
#include <AT89X51.H> #define uchar unsigned char; uchar code scan_con[]={0x03,0x02,0x01,0x00}; //定义列扫描 uchardispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00};/ /定义 0~9 的显示段码 uchar dispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}; //定义 8 个存储空间 uchar dispcount=0; uchar getdata; unsigned int temp;//定义暂存空间 uchar i,j,k,l,m; sbit s3=P2^7; //位定义，控制模拟开关 sbit s2=P2^6; sbit s1=P2^5; sbit dp=P1^7; //定义小数点 #define v20_on {s3=1;s2=0;s1=0;} //宏定义不同量程，不同的开关状态 #define v2_on {s3=0;s2=1;s1=0;} #define v02_on {s3=0;s2=0;s1=1;} sbit ST=P2^0; //定义单片机和 ADC 的控制信号 sbit OE=P2^1; sbit EOC=P2^2; main() { while(1) { _20v: //2~20V 量程 v20_on; ST=0; //启动 A/D 转换 ST=1; ST=0; while(EOC==0); OE=0; getdata=P0; OE=1; if(getdata<21) //量程不合适，切换 { goto _2v; } l=3; temp=getdata; //量程合适，数据处理 temp=temp*100; temp=(temp/51)*5; goto disp; //跳到数码管显示程序段 _2v: //200MV~2V 量程
可自动切换量程的数字电压表
可自动切换量程的数字电压表一、实验任务制作可调量程的电压表，通过继电器调节电压表的量程，使电压在0V~200mV，200mV~2V之间转换。
二、各个芯片的资料1、 ADC0832ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。
该芯片具有体积小，兼容性，性价比高的优点。
ADC0832 具有以下参数：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在0~5V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；一般功耗仅为15mW；8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
GND 芯片参考0 电位（地）。
DI 数据信号输入，选择通道控制。
DO 数据信号输出，转换数据输出。
CLK 芯片时钟输入。
Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。
单片机对ADC0832 的控制原理：正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、C LK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。
当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。
一种量程自动切换数字电压表的设计
一种量程自动切换数字电压表的设计
贾培军;董军堂;高延华
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2007(0)6
【摘要】利用单片机AT89C51、A/D转换模块和LED数码显示器,实现了一种具有量程自动切换功能的直流数字电压表,该电压表具有测量精确度高,性能稳定,扩展功能强及显示清晰度高等特点.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】贾培军;董军堂;高延华
【作者单位】延安大学物理与电子信息学院,陕西,延安,716000;延安大学物理与电子信息学院,陕西,延安,716000;延安第四中学,陕西,延安,716000
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.2
【相关文献】
1.基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计 [J], 包本刚
2.一种量程自动转换高精度数字电压表的设计 [J], 杨增汪;陈斯;戴新宇
3.基于STC15的一种自动量程及带存储功能数字电压表的研究与设计 [J], 车沛强;江华丽
4.基于STC15的一种自动量程及带存储功能数字电压表的研究与设计 [J], 车沛强;江华丽;;
5.一种可自动切换量程的宽量程新型自动化电阻测量仪 [J], 侯智超; 陈培杰
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《电子技术基础课程设计基于icl7107的自动控制量程数字电压表设计》
主要由模拟和数字两局部构成。模拟局部分为被测电压信号通过自动量程选择电路，采用双积分A/D转换成数字信号，双积分A/D转换是由OP07集成运放和LM393运算放大器组成，利用电子开关来实现自动校零和量程转换功能。数字局部以AT89S52为核心，控制由光电耦合器6N137耦合过来的数字信号，有6位数码管LED自动显示量程和电压值。
表2 小数点显示真值表
输入
输出
A
B
C
D1
D2
D3
D4
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
图8为小数点控制仿真电路，如下图在555定时器作为时钟产生电路条件下，当被测电压为130.6V时,十位上的小数点点。图8 小数点控制仿真电路
仿真的结果如图9所示〔图为输入电压为25V时制作的仿真电压表的值25.0〕：
由于直流输入电阻要求大于100kΩ，设定总电阻为 。列出方程计算各电阻阻值：
得：
图5 电压测量分压仿真电路
(1)CD4051模拟开关简介
CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH禁止输入端组成，并通过3位二进制信号来选择8个通道中的一个通道。当INH输入端=“1〞时，所有的通道截止。只有当INH=“0〞时，三位二进制信号才可以选通8通道中的一个通道，连接该输入端至输出。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗特点，并且与控制信号的逻辑状态无关。这种多路开关输入电平范围广，数字量输入可到达3~15V，模拟量可达15V，这也是为什么将初始量程设置为最高档的原因。二进制译码器用来对选择输入端A、B、C的状态进行译码，并控制开关电路TG，使某一路开关接通，从而使输入/输出通道相连。表1是CD4051的真值表。
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数字电压表是采用数字化测量技术， 把连续的 量（输入电压）转换成不连续、离散的数字化形式并 加以显示的仪表。 作为现代电子测量中最基础与核 心的一种测量仪器， 对其测量精度和功能要求也越 来越高[1]。 由于电压测量范围广，特别是在微电压、 高电压及待测信号强弱相差极大情况下， 既要保证 弱信号测量精度又要兼顾强信号的测量范围， 传统 的手动转换量程的电压表在测量技术上有一定难 度；同时，若量程选择不当，不但会造成测量精度下 降甚至损坏仪表。 基于此，本文提出具有 16 位分辨 率，以单片机作为测量的主控制器，采用极低导通电
量程/V RS_SWH_1 衰减系数 RS_SWH_2 放大倍数 A/D输入电压/V
阈值比较；若当前最高量程即为合适量程，即可输出
初设值
0
100
0
1
0～4
0～0.4
1
1
1
10
0～4
0.4～4
1
1
0
1
0.4～4
4～40
0
100
1
10
0.4～4
40～400 0
100
0
1
0.4～4
显示数据； 否则选出其它三个量程中最合适的一个 量程并采样，实现流程如图 4。 为避免两次采样间隙 间待测信号突然变大，超出 LTC1865 的输入信号范 围，采取如图 2 中 D1、D2 的保护电路。
图 4 量程转换程序流程图 Fig.4 Program flow chart of range conversion
仪器仪表装置
文 章 编 号 ：1001-9944(2011)11-0012-04
一种量程自动转换高精度数字电压表的设计
杨增汪，陈 斯，戴新宇
（徐州师范大学 物理与电子工程学院，徐州 221116）
摘要：设计了一种以AT89S52单片机为 核 心 、A/D转 换 芯 片LTC1865为 基 础 ，结 合 量 程 自 动 转 换 电 路 的 高 精 度 数 字 电 压 表 ，可 以 对 （0～400）V电 压 范 围 的 电 压 进 行 量 程 自 动 转 换 的 精 确测量。 测试结果表明，该电压表具有测量精度高、性能稳定、转换速度快及显示清晰度高 等特点，有很好的实际应用价值。 关 键 词 ： 数 字 电 压 表 ；AT89S52；LTC1865；量 程 自 动 转 换 ；高 精 度 中图分类号：TM933.2 文献标志码：B
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Automation ＆ Instrumentation 2011(11)
仪器仪表装置
拟信号经输入电路处理、滤除干扰输出直流信号；量 程转换电路根据前级直流信号的大小， 自动选择衰 减 或 放 大 的 信 号 处 理 方 式 确 保 送 至 A/D 转 换 器 的 信号电压在 0.4～4V 之间； 主控单片机根据 A/D 转 换的结果控制量程转换电路的自动实现， 同时将转 换的结果计算、处理送 LED 显示。
如 待 测 电 压 为 28V，RS_SWH_1 取值为 0， 衰减输入缓冲级将其衰减 100 倍，即输出值为 0.28V；RS_SWH_2
开始 Ad＝A/D 转换结果
取值为 1， 运算放大级对送来的信号 放大 10 倍输出为 2.8V，作为 LTC1865 的输入信号。
Ad＞4？
Y
N
Y
Ad＞0.04？
阻电子开关 MAX4602 结合信号处理技术自适应调 整放大器放大倍数实现全量程无档电压表的电路设 计，实践表明，此电路既简便又实用。
1 系统总体设计方案
本文设计的数字电压表测量直流电压范围为 0～400V，测量精 度≤0.025%，能 自 动 进 行 量 程 转 换 （ 设 计 分 为 0～0.4V，0.4～4V，4V～40V，40V～400V 四 个量程）。 数字电压表的原理方框图如图 1 所示，其 主要由输入电路、量程转换电路、A/D 转换、主控单 片机、LED 显示及电源模块等部分构成。 待测的模
自动化与仪表 2011(11)
13
仪器仪表装置
换输入信号在 0～4V 之间； 单片机根据 A/D 转换的 3.2 量程转换子程序设计
结 果 重 新 确 定 RS_SWH_1、RS_SWH_2 的 状 态 ， 从
量程自动转换子程序由主程序在完成一次测量
而使被测信号处于适当的量程上， 量程自动转换电 后调用，该程序被调用时，将最新的测量数据与初设
输入 电路
量程转 换电路
A/D 转换
主控 单片机
LED 显示
电源模块
图 1 电压表系统方框图 Fig.1 Structure diagram of voltmeter system
2 系统硬件设计
2.1 主控芯片的选择 本系统选用 AT89S52 作为主控芯片。 AT89S 系
列是 AT89C 系列的升级产品， 性能上较 AT89C 系 列 有 很 大 提 升 ，是 一 种 低 功 耗 、高 性 能 CMOS 8 位 微控制器。 AT89S52 采用 ATMEL 公司的高密度非 易失性存储技术制造， 兼容标准 MCS-51 指令系统 及 80C52 引脚结构， 其最显著的特点是片内含 8K 字节 ISP （in system programmable） 的可反复擦写 1000 次的 Flash 程序存储器， 使之对存储器内程序 的改写，不再依靠专用的编程工具，也不需要把芯片 从电路板上拆下[2]。 2.2 A/D 转换电路
利用电压衰减输入缓冲器、 运算放大器和 2 路 电子开关与单片机软件编程相结合来实现量程自动 转换功能。 其硬件电路如图 2，其中 AD822BP 为美 国模拟器件公司生产的一款单电源、低功耗、轨到 轨输出（满压输出）的双精密运算放大器，输入阻抗 为 1013Ω，共模抑制比为 80dB；MAX4602 是一款导 通电阻仅为 2.5Ω 的 CMOS 模拟开关， 内部有四个 常开开关， 每个开关均可处理轨至轨模拟信号，具 有低功耗、小尺寸、可靠性高等优点。
收 稿 日 期 ：2011-01-12 ；修 订 日 期 ：2011-08-15 基 金 项 目 ：江 苏 省 高 校 产 业 化 基 金 （JH07-032） ； 徐 州 师 范 大 学 校 科 研 基 金 （08XLB05） 作 者 简 介 ：杨 增 汪 （1972- ），男 ，硕 士 ，讲 师 ，研 究 方 向 为 无 线 传 感 器 网 络 、嵌 入 式 系 统 应 用 。
量程自动转换由初设量程开始， 直至选出合适 量程为止[4]。 A/D 转换电路输入信号范围为 0～5V，待 测电压的上限值是 400V，AT89S52 对开关控制信号 RS_SWH_1、RS_SWH_2 初值设 置 均 为 0，即 2 路 开 关均为断开状态，此时电压衰减输入缓冲级由 R1 和 R2 分压确定对输入信号衰减 100 倍，而运算放大级 处于电压跟随状态，放大倍数为 1，从而保证 A/D 转
A/D 转换选择 Linear 公司的 16 位逐 次 逼 近 型 转换器 LTC1865。 它是差分输入、双通道 250kS/s、单 电源供电的串行模数转换器， 能在-40℃～+125℃的 温度范围内可靠工作，具有高速度、高精度、低功耗 等特点。 当工作在 250kS/s 采样速率时，其消耗电流 仅 为 850μA， 在 转 换 速 率 为 1kS/s 时 ， 电 流 降 至
2μA，并在转换间歇自动关断，避免电力消耗[3]。 LTC1865 的数据输出接口采用 SPI 方式， 由于
AT89S52 不具有专门的 SPI 口，因此需要用通用 I/O 引脚来模拟。 用 P2.0 和 LTC1865 的 SCK 连接，通过 软件来定时清和置位 P2.0。 用 P2.1 来连接 SDI 口， 对 LTC1865 写入配置字实现输入方式选择。 用 P2.2 连接 SDO，负责数据读入。用 P2.3 作为片选信号。 具 体 的 连 接 如 图 5 所 示 。 LTC1865 转 换 周 期 开 始 由 CONV 引脚的上升沿触发， 经过一段转换时间后再 将 CONV 拉低，此时通过软件控制单片机 P2.0 引脚 高低电平的变化来输出一个时钟脉冲， 同时把数据 从 P2.2 口一位一位地读入，这一过程，单片机可看 作一个带有 SPI 接口的主器件，而 P2.0 与 P2.2 两个 引脚分别充当了 SPI 接口中 SCLK 和 MISO 两个引 脚。 当 16 位数据读完毕后，即停止 P2.0 口脉冲输出。 2.3 量程自动转换的实现及工作过程
R1 9M9
U1:A MAX4602
Vx
2
3
1 R2 100k
RS_SWH_1
+5V 8
3+ 2-
4
U2:A AD822BP
1
+5V 8
5+ 6-
4
U2:B D2 3.6V AD822BP
To LTC1865
U1:B
MAX4602
6
7
R3 900k
D1 3.6V
8
R4 100k
RS_SWH_2
图 2 量程自动转换电路 Fig.2 Automatic range conversion circuit
写。 程序由主程序、量程转换子程序、 A/D 转 换 子 程 序 、LED 显 示 子 程 序 组
调用 A/D 转换子程序
成。 A/D 转换和 LED 显示子程序相对 容 易 ，可 参 考 有 关 资 料 编 写[5]，下 面 仅 介绍主程序和量程转换子程序的设计
调程序设计
Design of Digital Voltmeter with High Precision and Automatic Range Conversion
YANG Zeng-wang，CHEN Si，DAI Xin-yu
（School of Physics and Electronic Engineering，Xuzhou Normal University，Xuzhou 221116，China） Abstract：This paper presents the design proposal of high precision digital voltmeter，by taken single chip microcontroller AT89S52 as the core，A/D converter chip LTC1865 as the foundation，and combined with the circuit of automatic range conversion.The voltmeter can measure the voltage range from 0V to 400V precisely and automatically. The test results show that the voltmeter has the features such as：high precision of measuremont，stable performance， fast conversion and high definition of display，and has the very good practical application value. Key words：digital voltmeter；AT89S52；LTC1865；automatic range conversion；high precision