目前市場上廣泛使用的數(shù)字電壓表智能化程度低，測量電壓時需手動切換量程，當(dāng)量程選擇不當(dāng)時會出現(xiàn)測量精度 下降、乃至燒壞電壓表的極端情況； 而高精度的全量程無檔數(shù)字電壓表一般都采用了DSP、FPGA或CPLD等復(fù)雜電路系統(tǒng)， 硬件和軟件實現(xiàn)成本較高。為此，電路達(dá)人設(shè)計研制出了一種以單片機為控制主體的智能交流直流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體方案

該電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由電壓衰減器、量程轉(zhuǎn)換及放大電路、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、主控單片機STC89C52以 及LCD顯示電路等5個部分組成，其原理框圖如圖1所示。電壓衰減器和放大器將待測模擬信號電壓值轉(zhuǎn)換到AC/DC變換器的輸入電壓范圍內(nèi)，直流電壓經(jīng)衰 減放大后不需作AC/DC轉(zhuǎn)換；量程轉(zhuǎn)換電路根據(jù)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬直流電壓大小，由單片機判斷后控制繼電器對衰減放大電路作相應(yīng)的調(diào)整，確保選擇 出最佳量程；A/D轉(zhuǎn)換由單片機啟動，在軟件中對采集到的數(shù)據(jù)作數(shù)字濾波、標(biāo)度變換和系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)等處理后，根據(jù)電壓類型標(biāo)志位在LCD上顯示測量值和電壓類型。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

電壓衰減、放大和量程轉(zhuǎn)換電路

電壓衰減放大和量程轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。電阻R1～R5 構(gòu)成衰減系數(shù)分別為1、10、100、1 000、10 000的分壓器，將被測輸入電壓Uin衰減至0～200 mV范圍內(nèi)并送至后端電路放大、AC/DC轉(zhuǎn)換(直流電壓不需轉(zhuǎn)換)、A/D轉(zhuǎn)換以及由單片機進行采集、處理與顯示。為了降低測量誤差，分壓電阻 R1～R5均選用誤差為±0．5％ 的精密金屬膜電阻。量程的選擇由單片機的P1．0～P1．4口線經(jīng)反相器74HC04反相后控制SPRAGUE公司的高耐壓、大電流達(dá)林頓晶體管集成電路ULN2003的輸入端1 B～5 B，從而驅(qū)動電磁繼電器K1～K5的觸點開關(guān)吸合或斷開來實現(xiàn)。交流電壓與直流電壓共用同一轉(zhuǎn)換量程，K1～K5被獨立吸合時對應(yīng)的量程依次為200 mV、2V、20 V、200 V、1 000 V(AC 750 V)。若被測電壓高于單片機設(shè)定的量程，單片機控制相應(yīng)的繼電器線圈接通對信號進行衰減，反之則放大，以保證輸入至AC/DC轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器的信號不超過它們的工作電壓范圍。因被測電壓未知，為避免電路被燒壞，初始量程應(yīng)設(shè)定為最高量程。

ULN2003芯片內(nèi)部二極管負(fù)極公共端COM 接至負(fù)載電源+5 V，對各繼電器線圈起反向續(xù)流作用。加入反相器74HC04的目的是防止單片機系統(tǒng)通電或復(fù)位時，輸入高壓不經(jīng)分壓直接進入后級弱電系統(tǒng)導(dǎo)致燒毀電路的情 況。運放U3接成電壓跟隨器形式，起隔離前后通道的作用， 并降低輸出阻抗、提高帶負(fù)載能力。其中，R6、R7為限流電阻，防止因量程切換至各量程時造成過大的電流；D1、D2為雙向限幅二極管， 起過壓保護作用。運放A4和電阻R8、R9、R10連接成同相比例電路，將衰減成0～200mV范圍內(nèi)的信號放大1O倍送給后面的AC/DC轉(zhuǎn)換器AD637J(標(biāo)稱滿量程為2V)進行交流/直流轉(zhuǎn)換f直流不需轉(zhuǎn)換)。

相關(guān)閱讀：

牛人分享：基于PIC18F1320微控制器的信號采集系統(tǒng)設(shè)計方案
技術(shù)分享：基于FPGA的水聲信號采集與存儲系統(tǒng)設(shè)計
霍爾傳感器信號采集與顯示系統(tǒng)設(shè)計