智能仪器量程转换系统设计

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1、智能仪器量程转换系统设计摘要：以模拟多路开关MAX392和运放LM324做为量程自动切换，经A/D转换器，送到STC80C52控制，实现了智能仪表量程转换电路的设计；包括硬件电路和软件的设计。关键词：智能仪器量程转换多路开关单片机随着科学技术的迅速发展，传统的电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化水品等方面发生了巨大的变化。目前仪器仪表已经进入到智能化、网络化阶段，智能化是指具有自动量程转换、自动校准、自动调零、开机自检等功能，其中自动量程转换是关键技术。量程转换技术有不同的方案，本文以模拟多路开关MAX392做为量程转换开关，用单片

2、机实现程序控制的直流电压表，四个电压档：50V、25V、5V和500mV,实现量程自动转换，数字显示、报警等功能。1、硬件电路设计1.1输入电路输入电路包括分压电路、隔离电路，如图1所示。首先就是分压，这一步主要是将待测电压转换为A/D转换芯片的电压范围，保证仪器仪表的安全。这里并不按照传统的一些万用表测量电压的思路，即按照档位进行逐级分压（设置不同分压比），而是只针对最大量程50V进行了一级分压，这样50V电压就转换成了大约5V的电压，以满足A/D转换器的要求。R1和R2是分压电阻，F1为保险丝，D1起保护作用，C1滤波。1.2量程

3、转换电路而另外三个小量程的电压被分压后，A/D转换芯片的分辨率可能就不能满足要求了，这时就需要经过图中的运放AR2对它们进行不同比例的放大。如图2所示。第二级运放，AR2为反相比例放大器，放大倍数为R7〜R10之一与R5的比值。放大倍数的切换电路需要用到模拟多路开关，这里拟采用MAX392,并由单片机控制。由于设计题目是智能数字电压表，所以是程控实现量程的自动切换。MAX392是4组常开单刀单掷模拟开关，4组开关的输出接到一起连下一级运放AR3的输入，而它们的输入各自与R7〜R10相连，另外，每组开关都有一个控制端，由MCU控制，分别

4、由单片机的PO.-P0.3控制，编写程序时，从大量程对应的放大倍数开始接通，依次比较，从而选定确定适合的量程。1.3微调电路进入第三级运放，AR3也接成了反相比例放大器，它主要有两个作用：一是将AR2反相后的电压再一次反相还原；二是调节电位器R13,校准放大倍数。因为最左边的分压电路并不能获得准确的分压比，受Rl、R2电阻阻值、D1上压降的影响，所以需要通过AR3来校准。如用直流稳压电源输入50V的电压，设置AR2的放大倍数为1,调整AR3±的电位器，使得AR3的输出为5V。R13可以取15K欧。C2滤波。最后AR3的输出交由主控单元

5、的A/D转换器变换成数字量，单片机负责处理量程检测及自动转换、控制A/D转换、显示及报警等。2、软件系统设计本设计的关键在于智能二字，因为传统万用表一般都是机械式的换档，表头采用万用表专用芯片ICL7106或ICL7107,通过联动开关实现液晶屏上小数点位置的移动来区分不同档位。所以在基于单片机设计时，在读取到分压后的数据后，如何获取当前档位信息实现正确显示成为关键问题。如前所述，量程转换由MAX392实现，用单片机PO.0-P0.3来控制四个开关通道，分别为CH1-CH4,对应的放的倍数分别为1、2、10和100倍。待测模拟电压经过

6、最大电压变为5V,符合A/D转换的电压范围。程序设计的思路：为了仪器设备的安全，四路开关依次接通的顺序CH1-CH2-CH3-CH4,经A/D转换后对量程进行判断，找出最佳量程进行测量。经数据处理、电压还原、数字显示。主流程如图4所示,电压还原及显示流程图如图5所示。电压还原及显示流程除了显示电压值，还要显示电压的单位。4、结语本文主要介绍了量程转换电路的设计，单片机及液晶显示部分略，系统搭建后，以DT9205数字万用表进行了对比测试，结果如表1所示。通过测量对比说明，实现了直流电压测量的量程自动转换功能。对于智能仪器仪表的设计，提供

7、了一种新的设计思路。通过软件设计，还可以实现误差自动修正、仪器仪表的自动调零、开机自检自动校正等功能。参考文献[1]马潮，詹卫前，耿德根.Atmel51原理及应用手册.清华大学出版社.[2]谭浩强.C语言程序设计（第二版）•清华大学出版社.[3]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践•北京航空航天大学出版社.