智能仪器量程转换系统设计

1、智能仪器量程转换系统设计摘要：以模拟多路开关max392和运放lm324做为量程自 动切换，经a/d转换器，送到stc80c52控制，实现了智能 仪表量程转换电路的设计；包括硬件电路和软件的设计。关键词：智能仪器量程转换多路开关单片机随着科学技术的迅速发展，传统的电子测量仪器在原 理、功能、精度及自动化水品等方面发生了巨大的变化。目 前仪器仪表已经进入到智能化、网络化阶段，智能化是指具 有自动量程转换、自动校准、自动调零、开机自检等功能， 其中自动量程转换是关键技术。量程转换技术有不同的方 案，本文以模拟多路开关max392做为量程转换开关，用单 片机实现程序控制的直流电压表，四个电压档：50

2、v、25v、 5v和500mv,实现量程自动转换，数字显示、报警等功能。1、硬件电路设计1. 1输入电路输入电路包括分压电路、隔离电路，如图1所示。首先就是分压，这一步主要是将待测电压转换为a/d转 换芯片的电压范围，保证仪器仪表的安全。这里并不按照传 统的一些万用表测量电压的思路，即按照档位进行逐级分压 （设置不同分压比），而是只针对最大量程50v进行了一级 分压，这样50v电压就转换成了大约5v的电压，以满足a/d 转换器的要求。r1和r2是分压电阻，f1为保险丝，d1起保 护作用，c1滤波。1.2量程转换电路而另外三个小量程的电压被分压后，a/d转换芯片的分 辨率可能就不能满足要求了，这

3、时就需要经过图中的运放 ar2对它们进行不同比例的放大。如图2所示。第二级运放，ar2为反相比例放大器，放大倍数为r7 r10之一与r5的比值。放大倍数的切换电路需要用到模拟多 路开关，这里拟采用max392,并由单片机控制。由于设计题 目是智能数字电压表，所以是程控实现量程的自动切换。 max392是4组常开单刀单掷模拟开关，4组开关的输出接到 一起连下一级运放ar3的输入，而它们的输入各自与r7r10 相连，另外，每组开关都有一个控制端，由mcu控制，分别 由单片机的po. -p0. 3控制，编写程序时，从大量程对应的 放大倍数开始接通，依次比较，从而选定确定适合的量程。1.3微调电路进入

4、第三级运放，ar3也接成了反相比例放大器，它主 要有两个作用：一是将ar2反相后的电压再一次反相还原； 二是调节电位器r13,校准放大倍数。因为最左边的分压电 路并不能获得准确的分压比，受rl、r2电阻阻值、d1上压 降的影响，所以需要通过ar3来校准。如用直流稳压电源输 入50v的电压，设置ar2的放大倍数为1,调整ar3 ±的电 位器，使得ar3的输出为5v。r13可以取15k欧。c2滤波。最后ar3的输出交由主控单元的a/d转换器变换成数字 量，单片机负责处理量程检测及自动转换、控制a/d转换、 显示及报警等。2、软件系统设计本设计的关键在于智能二字，因为传统万用表一般都是 机

5、械式的换档，表头采用万用表专用芯片icl7106或 icl7107,通过联动开关实现液晶屏上小数点位置的移动来 区分不同档位。所以在基于单片机设计时，在读取到分压后 的数据后，如何获取当前档位信息实现正确显示成为关键问 题。如前所述，量程转换由max392实现，用单片机po. 0-p0. 3 来控制四个开关通道，分别为ch1-ch4,对应的放的倍数分 别为1、2、10和100倍。待测模拟电压经过最大电压变为 5v,符合a/d转换的电压范围。程序设计的思路：为了仪器设备的安全，四路开关依次 接通的顺序ch1-ch2-ch3-ch4,经a/d转换后对量程进行 判断，找出最佳量程进行测量。经数据处理、电压还原、数字显示。主流程如图4所示, 电压还原及显示流程图如图5所示。电压还原及显示流程除了显示电压值，还要显示电压的单位。4、结语本文主要介绍了量程转换电路的设计，单片机及液晶显 示部分略，系统搭建后，以dt9205数字万用表进行了对比 测试，结果如表1所示。通过测量对比说明，实现了直流电压测量的量程自动转 换功能。对于智能仪器仪表的设计，提供了一种新的设计思 路。通过软件设计，还可以实现误差自动修正、仪器仪表的 自动调零、开机自检自动校正等功能。参考文献1 马潮，詹卫前