简易交直流电压表 的设计

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1、简易数字电压表电路的设计摘要：本设计为简易电压表，它可以实现多量程交、直流电压的测量。测量电压量程为2V、20V，分辨率分别对应为1mV、10mV；准确度是在温度为235℃情况下测直流时为(0.5％RDG+3字)，测交流时为(1.0％RDG+3字)；输入电阻为10MΩ；最大允许直流电压为500V，最大允许交流电压为500V。设计电路由分压电路、输入保护及缓冲电路、交直流转换电路、A/D转换电路、译码显示电路组成。通过开关来实现功能和量程的转换，核心电路采用MC14433型3位双积分式单片A/D转换器，通过段驱动器和位驱动器来驱动共阴极LED数码管作动

2、态扫描实现显示功能。关键字：交、直流转换电路；A/D转换电路；动态显示电压一、概述数字电压表既是常用的一种数字电压表，也是构成数字万用表的基本电路。随着科技的发展，电子产品在不断更新，但数字电压表是永远不会在电子产品中消失。设计任务为：设计一个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。技术指标为：测量电压量程为2V、20V、200V、500V，分辨率分别对应为1mV、10mV、100mV、1V；准确度是在温度为235℃情况下测直流时为(0.5％RDG+3字)，测交流时为(1.0％RDG+3字)；输入电阻为10MΩ；最大允许直流电压为500V，最大允许

3、交流电压为500V。本设计是对电压测量电路作单独的研究，从实质上去了解万用表中测量电压的过程。电路涉及到对电路、低频、数字电路等知识的考查。二、方案论证方案一方案一原理方框图如图1所示。传统的数字电压表由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，A/D转换电路、译码显示电路组成。分压电路在电路中实现电压倍率变换起到将大电压转换成小电压的作用；输入保护及缓冲电路在电路中起到避免大电压输入对电路的烧坏；交、直流变换电路起到将交流电压转换成直流电压，且直流电压值为交流电压的有效值；译码显示电路时将电压的数值通过LED数码管显示出来。第-14-页第页简

4、易数字电压表电路的设计ux分压电路输入保护及缓冲电路交、直流转换电路A/D转换电路译码显示电路ACACDCDC图1方案1的原理框图方案二方案二的原理框图如图2所示，电路由分压电路，输入保护及缓冲电路，交、直流变换电路，A/D转换电路，单片机及译码显示电路组成。前几个模块的功能与方案一相同，不同的是方案中用到单片机对经过A/D转换器后的数字信号进行记录然后通过译码显示电路进行显示。分压电路输入保护及缓冲电路交、直流转换电路A/D转换电路单片机及译码显示ACACDCDCux图2方案2的原理框图三、电路工作原理及设计1．分压电路的设计电压表测量交、直流共用

5、一个分压电路，通过电阻进行分压将电压表的量程分为2V，20V。分压电阻的总阻值为10MΩ，各档的分压比通过量程转换开关S2加以选择，并且按照10倍率关系来改变。该分压器将0～500V被测交、直流电压一律衰减到2V以下，以便于将电压送入A/D转换电路进行测量及显示。分压电路如图3所示，当电路中开关S1拨到上面时测的是直流电压，而当开关S1拨到下面时测的是交流电压，电容C1在电路中起到隔直通交的作用。R1、R2、R3、R4是分压电阻，S2是量程转换开关，从上到下量程分别为2V，20V。电路中Ui1端为电压输入端，Uo1为分压后电压输出端。第-14-页第页

6、简易数字电压表电路的设计图3分压电路2．输入保护及缓冲电路的设计输入保护及缓冲电路电路图如图4所示，经过分压电路的电压从Uo1端通过输入保护及缓冲电路到Uo2端输出。电路中R5，D1，D2构成输入保护电路，其中R5在电路中起限流的作用，D1和D2构成双相限幅电路，进行过压保护。当大电压输入不慎接小电压档时，电压就主要降在R5上，可保护U3不致损坏，电位器R6用以调整失调电压。由于采用高阻分压电路，所以需要将U3接成电压跟随器使用，以提高其输入阻抗起到缓冲作用，减小对信号的衰减，从而输出电压与输入电压保持不变。选择U3的原则是输入阻抗高，输入偏置电流下

7、，功耗低并且有偏移端。低失调运算放大器ICL7611输入失调电压2mV，温度漂移为10μV/℃，偏置电流为1pA，转换速率10μV/μs,消耗电流为10μA，输入阻抗为20MΩ，有失调调零端。选择ICL7611满足电路要求。第-14-页第页简易数字电压表电路的设计图4输入保护及缓冲电路3．交、直流变换电路的设计交、直流变换电路是用来将交流电压变换成直流电压，而最终得到的直流大小相当于交流电压的有效值。该电路的设计需要滤波器和放大器，滤波器的作用是将交流变换成直流，放大器的作用是将电压平均值转换成有效值。交流电压测量电路如图5所示，电路中U1端为交流输

8、入端，U0端为将交流转换成直流的输出端，电路采用以正弦波平均值为响应的AC/DC转化的原理。在电路中由微功耗