新型交流数字电压表设计

传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程，不仅不方便，而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程，则会出现很大的测量误差，甚至有将电压表烧坏的可能。 本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术，通过单片机检测可实现电压表量程的自动转换。它具有体积小，驱动电流小，动作快，结构简单，操作方便的优点，可用于实验教学中。 新型交流数字电压表设计旨在解决传统电压表手动切换量程的不便和潜在风险。通过采用运算放大器和集成多路模拟开关电路，该设计实现了自动量程切换功能，确保了测量精度并降低了操作复杂性。这种电压表适用于实验教学环境，具备体积小巧、驱动电流小、响应速度快、结构简洁和操作简便等特点。 技术要求规定了电压测量范围为0到500伏，测量精度需达到0.5%，并且要求具备量程自动切换功能，采用LED显示，并能利用现场提供的220伏交流电源。设计中，电压信号首先经过衰减处理，通过采样保持器采样并由A/D转换器转化为数字信号，然后由单片机进行控制和计算，结果显示在LED显示器上。量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关实现。 硬件系统设计包括多个关键组成部分： 1. 电压信号衰减电路：采用阻抗衰减器将输入的0到500伏电压衰减至0到5伏，防止过高电压损伤内部组件。之后通过运算放大电路和多路开关进一步放大信号，5.1伏稳压管起到过压保护作用。 2. 量程自动切换电路：根据初始设定的量程自动选择最佳量程，通过软件延时和比较判断避免相邻量程交叉点的跳动。采用运算放大器和CD4052多路模拟开关实现量程选择和小数点位置控制。 3. 采样保持器：使用LF398作为采样保持器，提高模拟量输入的频率范围，保持电容的选取与采样频率和精度相关。 4. A/D转换电路：选择逐次逼近式的A/D转换器AD574，提供12位分辨率和快速转换时间，适合高精度和快速测量需求。 5. 显示电路：利用74LS164和数码管进行串行到并行数据转换，以显示测量结果，采用共阴极型数码管。 6. 整流电路：将220伏交流电源转换为所需的低压直流电，供给数字电压表工作。 整体设计巧妙地结合了电子技术和单片机控制，实现了高精度、自动化测量，克服了传统电压表的局限性，提升了实验教学和实际应用的便利性。