目前市場上廣泛使用的數(shù)字電壓表智能化程度低，測量電壓時需手動切換量程，當量程選擇不當時會出現(xiàn)測量精度 下降、乃至燒壞電壓表的極端情況； 而高精度的全量程無檔數(shù)字電壓表一般都采用了DSP、FPGA或CPLD等復雜電路系統(tǒng)， 硬件和軟件實現(xiàn)成本較高。為此，電路達人設計研制出了一種以單片機為控制主體的智能交流直流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體方案

該電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由電壓衰減器、量程轉換及放大電路、AC/DC轉換電路、A/D轉換電路、主控單片機STC89C52以 及LCD顯示電路等5個部分組成，其原理框圖如圖1所示。電壓衰減器和放大器將待測模擬信號電壓值轉換到AC/DC變換器的輸入電壓范圍內，直流電壓經(jīng)衰 減放大后不需作AC/DC轉換；量程轉換電路根據(jù)輸入到A/D轉換器的模擬直流電壓大小，由單片機判斷后控制繼電器對衰減放大電路作相應的調整，確保選擇 出最佳量程；A/D轉換由單片機啟動，在軟件中對采集到的數(shù)據(jù)作數(shù)字濾波、標度變換和系統(tǒng)誤差校準等處理后，根據(jù)電壓類型標志位在LCD上顯示測量值和電壓類型。

2 系統(tǒng)硬件設計

電壓衰減、放大和量程轉換電路

電壓衰減放大和量程轉換電路如圖2所示。電阻R1～R5 構成衰減系數(shù)分別為1、10、100、1 000、10 000的分壓器，將被測輸入電壓Uin衰減至0～200 mV范圍內并送至后端電路放大、AC/DC轉換(直流電壓不需轉換)、A/D轉換以及由單片機進行采集、處理與顯示。為了降低測量誤差，分壓電阻 R1～R5均選用誤差為±0．5％ 的精密金屬膜電阻。量程的選擇由單片機的P1．0～P1．4口線經(jīng)反相器74HC04反相后控制SPRAGUE公司的高耐壓、大電流達林頓晶體管集成電路ULN2003的輸入端1 B～5 B，從而驅動電磁繼電器K1～K5的觸點開關吸合或斷開來實現(xiàn)。交流電壓與直流電壓共用同一轉換量程，K1～K5被獨立吸合時對應的量程依次為200 mV、2V、20 V、200 V、1 000 V(AC 750 V)。若被測電壓高于單片機設定的量程，單片機控制相應的繼電器線圈接通對信號進行衰減，反之則放大，以保證輸入至AC/DC轉換器和A/D轉換器的信號不超過它們的工作電壓范圍。因被測電壓未知，為避免電路被燒壞，初始量程應設定為最高量程。

ULN2003芯片內部二極管負極公共端COM 接至負載電源+5 V，對各繼電器線圈起反向續(xù)流作用。加入反相器74HC04的目的是防止單片機系統(tǒng)通電或復位時，輸入高壓不經(jīng)分壓直接進入后級弱電系統(tǒng)導致燒毀電路的情 況。運放U3接成電壓跟隨器形式，起隔離前后通道的作用， 并降低輸出阻抗、提高帶負載能力。其中，R6、R7為限流電阻，防止因量程切換至各量程時造成過大的電流；D1、D2為雙向限幅二極管， 起過壓保護作用。運放A4和電阻R8、R9、R10連接成同相比例電路，將衰減成0～200mV范圍內的信號放大1O倍送給后面的AC/DC轉換器AD637J(標稱滿量程為2V)進行交流/直流轉換f直流不需轉換)。

相關閱讀：

牛人分享：基于PIC18F1320微控制器的信號采集系統(tǒng)設計方案
技術分享：基于FPGA的水聲信號采集與存儲系統(tǒng)設計
霍爾傳感器信號采集與顯示系統(tǒng)設計