四位半电压表

四位半多功能数字表

一．基本要求：在Proteus平台上设计并仿真实现一台四位半多功能数字电压表

直流电压测量，并具有极性判断和自动量程转换功能。

1.直流电压测量：每秒等效采样次数≥3次

推荐档位：

I档（20mV档）：最小电压分辨率：2μV

II档（200mV档）：最小电压分辨率：20μV

III档（2V档）：最小电压分辨率：0.2mV

IV档（20V档）：最小电压分辨率：2mV

2.*交流电压测量：最高频率<=10KHz的正弦波

I档（20V档）：最小电压分辨率：20mV

II档（200V档）：最小电压分辨率：200mV

3.*交流参数测量：频率、有效值、峰值

4.第1项为基本要求内容，带有“*”的2、3项为选做内容。

5.只能采用通用A/D、集成运放IC、51单片机等器件，不准使用专用

电压测量集成电路完成系统设计。

6.推荐一个参考的系统组成框图如下：

其中第一级的前置放大级推荐采用AD8551自稳零斩波运算放大器。

设计过程：包括元器件选型依据（如前置放大器的设计、A/D分辨率的选择、放大器及滤波器设计、采样率计算、电源设计等）、理论分析及参数计算、系统设计（书面）。

系统框图、元件选型、理论计算、模块电路设计

二系统框图

整体框图

数字电路部分和模拟电路量程初判模块整体电路：

1 .电压极性检测电路

电压极性检测电路采用过零比较器检测负电压的方式实现的，运算放大器LM324的反向端接地，同向端通过100K电阻接输入信号。当输入的测量信号为负时比较器翻转，输出端经过电平转换成TTL信号后送给单片机PA7端口检测，通常情况下输出为高电平，为正电压状态。

2. 电压范围粗测电路

为了粗略地得到被测量的电压范围我们采用多组比较器的方式，通过阶梯式比较的方法确定输入电压的范围。其具体电路如下图（2.2.5）所示。

3. 量程切换电路

量程切换电路包括电压放大电路和无零漂小信号放大电路。

电压变换电路

电压变换电路由衰减电阻、切换继电器和运算放大器组成，对应的是衰减1/2、1/3、1/4和无零漂放大50倍，切换电路如图（2.2.7）所示。电压变换到0-5V标准信号后，再

由A/D转换进行采样，最后由单片机算法还原。

4.差分放大电路：对输入的电压进行去除同模干扰。

5.50hz陷波器：

电路设计，目的是滤去工频交流点，因为电表多由工频电源提供，在50HZ频率段电压干扰很大，所以要滤去。

陷波器的频谱分析图：绿色为幅频响应，红色为相位。

运放模块

1|2放大电路；

100倍放大器：

测试输出：输入10V:

输入5V

输入2V：

2V

输入800mv

800mv

输入80mv：

输入8mv：

单片机外围电路

2.

软件程序流程图

单片机控制系统软件流程如图所示。

三使用器件

单片机系统是以89C51单片机为核心；信号采集与量程转换电路是由0P一07和模拟开关CD4051所组成；积分比较与自动回零电路是由双积分型A／D转换器和过零比较器所组成；开关逻辑控制电路主要元件是模拟开关CD4051；显示采用了1602字符型液晶显示器：基准电压是由TL431稳压所得。采用双电源可以实现的数模隔离。

/*

作品 :

*/

#include

#include

#define addo (20.0/65535.0) #define uchar unsigned char #define uint unsigned int

unsigned long temp;

bit sys=0;

sbit RS = P1^0;

sbit RW = P1^1;

sbit E = P1^2;

sbit CS = P3^0;

sbit BYTE=P1^3;

sbit BUSY=P1^4;

sbit RC = P1^5;

sbit S1 =P1^6;

sbit S2 =P1^7;

unsigned char num1[8] = {0};

unsigned char num2[] = {"Voltage: "}; //-------------延时---------------- void delay(int ms)

{

int x,y;

for(x=ms;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

//-------------------------------

bit lcd_bz()

{

bit result;

RS = 0;

RW = 1;

E = 1;

_nop_();

_nop_();

_nop_();

_nop_();

result = (bit)(P2 & 0x80);

E= 0;

return result;

}

//-----------------写命令---------------- void lcd_wcmd(unsigned char cmd)

{

while(lcd_bz());//判断LCD是否忙碌

RS= 0;

RW = 0;

E = 0;

_nop_();

_nop_();

P2 = cmd;

_nop_();

_nop_();