自动量程切换电压测量系统设计的核心在于如何实时且精确地测量不同幅值的电压信号。在传统的测量系统中，若需要保证测量的实时性，则无法在测量过程中频繁切换量程，这就对电压测量系统提出了在不同量程范围内都能够保持高精度的要求。本文采用基于MCU（微控制器单元）AT89C51的设计方案，构建了一个能够自动切换量程的电压测试系统。该系统能够在不中断测量的情况下，根据输入信号的幅值自动调整前级放大器的增益，从而保证后级模拟数字转换器（ADC）能够接收到合适的电压水平。
在系统的设计中，首先要考虑的是电压测量原理以及系统组成。为了测量不同幅值的电压信号，系统必须能够根据信号的不同量级自动选择不同的放大倍数。这需要一个能够判断输入电平量级的单片机，并通过控制前级放大器的增益系数来达到目的。这样的系统设计通常会包含一个程控放大器，它能够根据单片机的指令调节其增益，以适应不同的测量范围。在本方案中，采用了AD8628，这是一种宽带自稳零放大器，具有超低失调电压、超低漂移和偏置电流特性，非常适合于精度要求极高的电压测量场合。
为了实现自动量程切换，前级程控放大电路需要与MCU配合工作。MCU需要能够控制一个通道选择开关，以选择不同的反馈电阻来实现不同的增益。这个过程可以通过编程实现，比如通过公式G=Vo/Vi=Rf/Ri来计算不同的放大增益系数，并以此来确定不同的量程档位。在本方案中，选择了四通道选择器ADG804，它具有低导通电阻、单电源供电和良好的温度适应性，能够通过地址线A0和A1选择不同的反馈电阻值。
系统中的ADC变换电路是将模拟信号转换为数字信号的关键部分。为了实现高精度的电压测量，选择了一个具有高采样速率和低功耗特性的ADC，即AD775。该ADC能够达到20MSPS（百万次采样每秒）的速率，并具有极低的功耗。ADC外围电路设计需要考虑与MCU的数据传输连接，本方案中使用了Atmel的AT89S52微控制器，它具有8KB的闪速可编程可擦除存储器（PEROM）及低电压高性能CMOS微控制器特性。
为了保证测量结果的准确性，系统还需要具有自校准功能。校准的原理是通过基准电压与待测电压在相同信道中的测量值进行比较，从而消除系统信道带来的误差。基准电压是通过稳压器件和一系列分压电阻得到的一组高精度电压基准源。校准过程通常涉及到计算真实测量值与基准电压测量值之间的相似性，以此来推算出待测电压的真实值。
软件设计部分也是本系统设计中的重要一环。系统软件需要包括主程序、定时中断程序和一系列功能子程序。软件需要能够控制数据采集、量程切换以及校准过程。在启动A/D转换后，首先要选择最大量程进行采样计算，并根据计算结果判断合适的量程。然后再次采样，记录数据，并通过相应的计算得到测量的电压值。通过MCU与微型打印机的并口连接，还可以将存储在RAM中的电压历史数据和当前数据打印出来，进行资料存档。
总而言之，本文介绍的自动量程切换电压测量系统设计是一种高度集成化的测量解决方案，它结合了硬件电路和软件程序，通过单片机控制实现了高精度和实时性测量的需求。整个系统的设计理念和技术方案对需要高精度自动量程切换功能的电子测量领域具有重要的参考价值。
