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(dòng)轉(zhuǎn)換量程、被測(cè)電壓極性判斷、幅度變換、超量程顯示及報(bào)警信號(hào)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(guān)系實(shí)現(xiàn)電壓表使用功能的智能化。闡明了電路設(shè)計(jì)原理，介紹了電路系統(tǒng)的組成、各部分電路的功能及特點(diǎn)、電路元件的選擇、信號(hào)處理的過程等內(nèi)容。通過實(shí)物驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)功能，并由此設(shè)計(jì)得到了一臺(tái)自制數(shù)字式智能電壓表。
關(guān)鍵詞：數(shù)字電路；量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換；智能化；數(shù)字信號(hào)；電壓表

0 引言
在現(xiàn)在市場(chǎng)上廣泛使用的一般數(shù)字電量測(cè)量電表都沒有解決量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換問題，測(cè)量操作時(shí)仍然靠人工拔動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)換量程，測(cè)量電表的智能化設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。在現(xiàn)有的智能電表中，智能化功能大多采用單片機(jī)控制電路或雙向移位寄存器來實(shí)現(xiàn)，其缺點(diǎn)是電路系統(tǒng)、量程控制信號(hào)的產(chǎn)生比較復(fù)雜，調(diào)試與制作難度大，可靠性較差等。實(shí)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(shí)現(xiàn)多個(gè)量程之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。

1 電路系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)
電路系統(tǒng)由被測(cè)輸入電壓極性檢測(cè)與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生電路、多路模擬開關(guān)切換電路、量程控制放大電路、A／D轉(zhuǎn)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(hào)產(chǎn)生電路：由電壓比較器根據(jù)被測(cè)電壓極性產(chǎn)生“+”或“-”極性顯示信號(hào)。
(2)電壓通道選擇與極性轉(zhuǎn)換電路：有2個(gè)通道，對(duì)于正極性電壓由通道1通過，若為負(fù)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(dòng)控制信號(hào)產(chǎn)生電路：根據(jù)被測(cè)電壓的高低確定各段的測(cè)量范圍(量程)，產(chǎn)生量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)、超量程顯示與報(bào)警信號(hào)，并控制各量程小數(shù)點(diǎn)的位置。
(4)程控放大器與模擬開關(guān)切換電路：在量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)的作用下選擇不同的通道，將某個(gè)量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A／D轉(zhuǎn)換器。
(5)A／D轉(zhuǎn)換電路：將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
(6)譯碼與顯示電路：將數(shù)字信號(hào)譯碼后，由數(shù)碼管顯示出測(cè)量結(jié)果。

2 電路原理圖簡(jiǎn)介
根據(jù)圖1構(gòu)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：