专利名称：一种量程自动转换数字电压表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种量程自动转换数字电压表，属于电子测量技术领域。
背景技术：
电压是一个基本物理量，是集总电路中表征电信号能量的三个基本参数(电压、电流、功率)之一，电压测量是电子测量中的基本内容。在电子电路中，电路的工作状态如谐振、平衡、截止、饱和以及工作点的动态范围，通常都以电压形式表现出来。电子设备的控制信号，反馈信号及其它信息，主要表现为电压量。在非电量的测量中，也多利用各类传感器件装置，将非电参数转换成电压参数。数字电压表是采用数字化测量技术，把连续的量(输入电压)转换成不连续、离散的数字化形式并加以显示的仪表。作为现代电子测量中最基础与核心的一种测量仪器，对其测量的精度和功能要求也越来越高。由于电压测量最普遍，涉及范围广，特别是在微电压、高电压以及待测信号强弱相差极大的情况下，既要保证弱信号的测量精度又要兼顾强信号的测量范围，传统的手动转换量程的电压表在测量技术上有一定的难度；同时，若量程选择不当，不但会造成测量精度下降甚至仪表损坏。电压测量是电子测量的基础，在电子电路和设备的测量调试中，要求测试结果具有测量精度高，性能稳定。一种量程自动转换数字电压表从测试结果表明该电压表具有精度高，性能稳定的特点，广泛应用于电压测量。
实用新型内容本实用新型提供了一种量程自动转换数字电压表，具有16位分辨率，以单片机 AT89S52作为测量的主控制器为核心，以A/D转换芯片LTC1865为基础，结合量程自动转换电路，可以对0 400V的直流电压进行量程自动转换的精确测量。本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案一种量程自动转换数字电压表，包括输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机、LED显示模块及电源模块，其中，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和 LED显示模块顺序相连，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和LED显示模块都分别与电源模块连接。本实用新型的有益效果如下1、具有转换速度快，精度高(保持在0. 025%以内)，性能稳定，电路简单的特点。[0012]2、量程自动转换和高清晰度数字显示功能。3、电压测量范围宽，可以对0 400V的直流电压进行精确测量。4、具有较强的扩展功能，输入端加设一绝对值转换器，把交流电压幅值转换为对应的直流电压量值，实现交流量的测量。5、响应灵敏，显示稳定。
图1为量程自动转换数字电压表的结构框图。图2数字电压表电原理图。图3量程自动转换电路图。[0020]图4主程序流程图。图5量程转换程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。数字电压表测量直流电压范围为0 400V，测量精度< 0. 025%，能自动进行量程转换(设计分为O 0. 4V，0. 4 4V，4V 40V，40V 400V四个量程)。量程自动转换数字电压表的结构框图如图1所示，其主要由输入电路、量程转换电路、A/D转换、主控单片机、LED显示及电源模块等部分构成。待测的模拟信号经输入电路处理、滤除干扰输出直流信号；量程转换电路根据前级直流信号的大小，自动选择衰减或放大的信号处理方式确保送至A/D转换器的信号电压在0. 4 4V之间；主控单片机根据A/D转换的结果控制量程转换电路的自动实现，同时将转换的结果计算、处理送LED显示。该电压表选用AT89S52作为主控单片机，是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器。AT89S52采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C52引脚结构，其最显著的特点是片内含8K字节ISP (In System Programmable)的可反复擦写1000次的Flash程序存储器，使之对存储器内程序的改写，不再依靠专用的编程工具，也不需要把芯片从电路板上拆下。A/D转换器选择Linear公司的16位逐次逼近型转换器LTC1865。它是差分输入、 双通道250ksps、单电源供电的串行模数转换器，能在-40°C +125°C的温度范围内可靠工作，具有高速度、高精度、低功耗等特点。LTC1865的数据输出接口采用SPI方式，由于AT89S52不具有专门的SPI 口，因此需要用通用I/O引脚来进行模拟。用P2. 0和LTC1865的SCK连接，通过软件来定时清和置位P2.0。用P2. 1来连接SDI 口，对LTC1865写入配置字实现输入方式的选择。用P2. 2连接SD0，负责数据的读入。用P2. 3作为片选信号。具体的连接参见图2所示。LTC1865转换周期的开始由CONV引脚的上升沿触发，经过了一段转换时间后再将CONV拉低，此时通过软件控制单片机P2. 0引脚高低电平的变化来输出一个时钟脉冲，同时把数据从P2. 2 口一位一位地读入，在这一过程中，单片机可以看作一个带有SPI接口的主器件，而P2. 0与P2. 2 两个引脚分别充当了 SPI接口中SCLK和MISO两个引脚。当16位数据读完毕后，即停止 P2. 0 口脉冲输出。量程自动转换的实现及工作过程利用电压衰减输入缓冲器、运算放大器和2路电子开关与单片机软件编程相结合来实现量程自动转换功能。其实现的硬件电路图如图3 所示，其中AD822BP为美国模拟器件公司生产的一款单电源、低功耗、轨到轨输出(满压输出)的双精密运算放大器，输入阻抗为1013 Ω，共模抑制比为SOdB ；ΜΑΧ4602是一款导通电阻仅为2. 5 Ω的CMOS模拟开关，内部有四个常开开关，每个开关均可处理轨至轨模拟信号， 具有低功耗、小尺寸、可靠性高等优点。量程自动转换由初设量程开始，直至选出合适量程为止。A/D转换电路输入信号范围为0 5V，待测电压的上限值是400V，AT89S52对开关控制信号RS_SWH_1、RS_SWH_2初值设置均为0，即2路开关均为断开状态，此时电压衰减输入缓冲级由Rl和R2分压确定对输入信号衰减100倍，而运算放大级处于电压跟随状态，放大倍数为1，从而保证A/D转换输入信号在0 4V之间；单片机根据A/D转换的结果重新确定RS_SWH_1、RS_SWH_2的状态，从而使被测信号处于适当的量程上，量程自动转换电路各参数关系与设置参见表1。表1量程自动转换参数关系与设置表
权利要求1. 一种量程自动转换数字电压表，其特征在于包括输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机、LED显示模块及电源模块，其中，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和LED显示模块顺序相连，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和 LED显示模块都分别与电源模块连接。
专利摘要本实用新型涉及一种量程自动转换数字电压表，属于电子测量技术领域。该电压表包括输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机、LED显示模块及电源模块，其中，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和LED显示模块顺序相连，输入电路、量程转换电路、A/D转换器、主控单片机和LED显示模块都分别与电源模块连接。采用该电压表测量，可以对0～400V的直流电压进行精确测量，量程可以自动转换、性能稳定、响应灵敏。
文档编号G01R19/25GK202256477SQ20112000105
公开日2012年5月30日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者唐宏科, 李祥超, 杨增汪, 柴健 申请人:南京信息工程大学