基于數(shù)字集成電路的數(shù)字式智能電壓表的研制

摘要：為了解決一般數(shù)字電壓表自動轉換量程、被測電壓極性判斷、幅度變換、超量程顯示及報警信號等智能化問題，采用數(shù)字電路芯片，通過數(shù)字邏輯控制關系實現(xiàn)電壓表使用功能的智能化。闡明了電路設計原理，介紹了電路系統(tǒng)的組成、各部分電路的功能及特點、電路元件的選擇、信號處理的過程等內容。通過實物驗證，實現(xiàn)了設計功能，并由此設計得到了一臺自制數(shù)字式智能電壓表。
關鍵詞：數(shù)字電路；量程自動轉換；智能化；數(shù)字信號；電壓表

0 引言
在現(xiàn)在市場上廣泛使用的一般數(shù)字電量測量電表都沒有解決量程自動轉換問題，測量操作時仍然靠人工拔動開關轉換量程，測量電表的智能化設計是一個難點。在現(xiàn)有的智能電表中，智能化功能大多采用單片機控制電路或雙向移位寄存器來實現(xiàn)，其缺點是電路系統(tǒng)、量程控制信號的產(chǎn)生比較復雜，調試與制作難度大，可靠性較差等。實際上，電路系統(tǒng)完全可以用常用數(shù)字集成電路組成，通過組合邏輯功能來實現(xiàn)多個量程之間的自動轉換等功能。

1 電路系統(tǒng)的方框結構
電路系統(tǒng)由被測輸入電壓極性檢測與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動控制轉換信號產(chǎn)生電路、多路模擬開關切換電路、量程控制放大電路、A／D轉換電路和顯示電路等組成，如圖1所示。

圖1中各部分電路的功能分別是：
(1)電壓極性顯示信號產(chǎn)生電路：由電壓比較器根據(jù)被測電壓極性產(chǎn)生“+”或“-”極性顯示信號。
(2)電壓通道選擇與極性轉換電路：有2個通道，對于正極性電壓由通道1通過，若為負極性電壓由通道2通過，再變換為正極性后輸出。
(3)量程自動控制信號產(chǎn)生電路：根據(jù)被測電壓的高低確定各段的測量范圍(量程)，產(chǎn)生量程自動轉換控制信號、超量程顯示與報警信號，并控制各量程小數(shù)點的位置。
(4)程控放大器與模擬開關切換電路：在量程自動轉換控制信號的作用下選擇不同的通道，將某個量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A／D轉換器。
(5)A／D轉換電路：將模擬電壓信號轉換為數(shù)字信號。
(6)譯碼與顯示電路：將數(shù)字信號譯碼后，由數(shù)碼管顯示出測量結果。

2 電路原理圖簡介
根據(jù)圖1構建的數(shù)字式智能電壓表電路原理如圖2所示。圖中主要元器件的作用如下：