基于运算放大技术的量程自动转换电压表设计

　　本设计采用运算放大技术来实现自动量程转换机制：先把输入电压通过同一个阻抗网络进行衰减：然后通过运算放大器将此信号进行放大，用CD4051模拟开关选择不同的放大倍数实现量程的转换。

　　1、自动量程基本控制流程（见下图）

　　自动量程转换由初设量程开始，直至选出最佳量程为止。自动转换量程流程图如下图所示。控制开关从闭合转变为断开，或从断开转变为闭合都有一个短暂的过程。为解决这个问题本系统采用了软件延时，然后再进行正式的测量与判断。为了避免两种量程交叉点上可能出现的跳动，系统把低量程的超量程比较值和高量程的欠量程比较值之间设计了一定的重叠范围。

　　2、系统基本框图（见下图）

　　3、系统硬件设计
　　
　　(1)衰减、放大、控制部分电路如下图所示：
　　
　　先把测量电压进行衰减(1：100)，电压负反馈运算放大器对衰减信号进行放大。由CD4051模拟开关进行Rf的选择，CD4051控制端由AT89C52的P1口提供，从而实现放大倍数的控制。LED为反相输入报警指示电路。(注意R5-R12的选择还要考虑CD4051的导通电阻)

　　
　　(2)A／D转换部分电路如下图所示：
　　
　　在本系统中．AD574与AT89C52的接口电路如下图所示。
　　
　　采用0～+20V单极性输入方式。12／8脚直接接地．分两次输出转换结果。3、4、5脚分别接至单片机地址总线的高位P0．2、P0．1、P0．0，单片=机的读写信号经过一级与非门后送到AD574的CE脚作为使能信号．AD574状态脚28脚(STATUS)接单片机P1．7。与AD574的12脚和10脚相接的两个O．1k的电位器分别用于零点调整和满刻度调整(增益调整)。AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接时，高8位DB4～DB11接到数据总线的．D0～D7．低4位DB0～DB3接到数据总线的高4位D4NI)7。

　　(3)显示电路如下图所示：
　　
　　显示部分采用了简单的软件译码串行输出的方法，串行数据经单片机的串行口输出至74LSl64，74LS164将串行数据转换成并行数据送数码管字型口显示。数码管字位口用AT89C52的P1口低4位选通。实现动态扫描。
　　
　　PNP型三极管工作在开关状态．用于驱动数码管。

　　
　　4、系统软件设计
　　
　　本系统的软件由主程序、和显示子程序两部分组成。主流程图如下图所示。

　　
　　显示子程序流程图如下图所示：
　　
　　为了提高系统的抗干扰能力．除了在硬件上采取了相应的措施外．软件上采用了冗余设计法即重复重要的指令，未用空间设置空操作指令，以防止程序跳飞而死机。
　　
　　本文采用程控放大器实现量程的自动转换。用89C52进行数据控制、处理。送到显示器显示，硬件结构简单，软件采用汇编语言实现．程序简单可读写性强，效率高。与传统的电路相比。具有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。

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