预设特色　　本预设以AT89C52为焦点，以液态晶体预示作为人机交互界面，用按键选择功效。电压测量部再保险括衰减及放大、真有效值直流(RMS-DC)变换、12位A/D转换等三个首要组成部分。

　　方案比力、预设与论证 　　总体方案的预设确定　　·测量电路　　

方案一：方案一结构框图如图1所示。用传统的方案做成结晶体管毫伏表，该方案中被测交流信号经高阻分压器、射极输出器、低阻分压器后送到放大器，放大后的信号再经检波后由指示器指示，低阻分压器选择差别的分压系数，使仪表具有差别的量程。输入级接纳低噪声结晶体管组成的射级输出器，提高了仪表的输入阻抗，减低噪声。放大器具有高放大倍数，从而提高仪表的活络度。该方案具有隔直流功效，可是测量精密度低、频率特征差。　　方案二：方案二结构框图如图2所示。该方案是先将被测信号在幅值上措置惩罚后，颠末全波整流，再滤除杂余信号后颠末测量装置再预示，此时思量的是整流问题，在这搭容易孕育发生噪声，以是需用电容滤波。此方案电路措置惩罚简略，可是测量误差大。　　方案三：方案三结构框图如图3所示。被测信号在接入电路时，颠末放巨细幅信号和使大幅信号衰减，在选择放大和衰减的问题上咱们接纳LTC6800反向输入放大器来选择档位，使其到达真有效值转换部件(RMS_DC)LTC1967可以读出的电压规模。由LTC1967把得来的摹拟真值送给A/D转换，由A/D转换把摹拟量转为单片机可以辨认的数字量，之后用液态晶体来预示，同时反馈给换档调节装置，使其自动换档。该方案可控性好，精密度高，并且频率特征好。　　综合以上三种方案，咱们选择方案三。此方案电压测量规模为10mV～200V，测量电压的频率规模可以到达10Hz～100kHz，并且具有自动量程转换功效，运放用的电阻大于1MΩ，运算放大器的电容半大于50pF，以是此方案餍足输入电阻≥1MΩ和输入电容≤50 pF的要求。在步伐上咱们可以使成为事实超量程液态晶体自动闪耀报警功效。

　　·稳压电源　　

      在测量电路和信号输出电路中，咱们选择线性稳压电源，由于咱们接纳分立供电，以是电源输出电流半大于1A，是以在差别的输出值上咱们分别选择780五、7905型号的稳压电源，基来源根基理如图4所示。

　　此方案纯粹可以餍足电路所需，为其提供很是不变的供电系统，比开关电源更节约成本。

　　各子模块方案预设、比力和论证　　·放大衰减部分　　

　　思量到要测的信号的幅值为10mV～200V，一般的测量仪器及运算放大器都达不到这个规模，以是首先要对信号进行降压措置惩罚。对于差别幅值规模的电压要有差别变压措置惩罚(即分档)。　　

      方案一：直接用变压器进行放大衰减措置惩罚，电路比力简略，容易使成为事实，可是电噪声比力大，很可能孕育发生不可以消除的失真，并且体积很大，不易带着，这样对整个系统的测量精密度有很大的影响。

　　方案二：用精密的电阻进行衰减，用运放进行放大，在很大程度上可以减低失真度，同时易于排挡，并且在这种电路中孕育发生的失真也容易消除。

　　鉴于这两种方案的比力，方案二明显在调节和制品的使用上优于方案一，这样在建造的过程之中，易于调试，并且在性能上也能够很好的使成为事实，以是咱们选择方案二。

　　·信号收罗部分

　　方案一：分压后用精密整流桥整流后颠末采样保持再把数据送入A/D转换。该方案在测量频率比力高的波形时，会出现采样不是最大的幅值，此时就会要求采许多的点， 之后取平均值，再颠末MCU措置惩罚。为了包管足够的精密度，采样间隙应该尽量的短，故而要求A/D转换器采样速率要求很是高，相应节制器的措置惩罚速率也要求比力高。

　　方案二：采取真有效值转换部件LTC1967对放大衰减后的信号进行措置惩罚落伍入AD，颠末51单片机分析措置惩罚，要求一般速度较快的AD部件即可。　　·预示部分

　　方案一：接纳LED预示。LED可以用移位寄存器74164或专用芯片MAX7219  驱动，长处是节制比力简略，并且串行预示只占用很少的I/O口。但也有一个很大的纰缪错差，只能预示一些简略的ASCII码字符，预示的信息量十分的有限，对于本系统较复杂的功效不太合适。

　　方案二：接纳字符型LCD预示。字符型LCD也能够接纳74LS164通过同步串口驱动。长处是节制比力简略，并且串行预示只占用很少的I/O口，如图6所示。 　　颠末综合思量咱们的预示部分选择方案二，思量到预示的内部实质意义，咱们选择型号为1602的液态晶体，因为其在餍足标题问题要求的根蒂根基上，预示的信息更广，而不只是几个电压数字。人机互换界面更加人性化。　　·自动量程转换和保护电路

　　咱们接纳了摹拟开关电路来节制电路状况，使成为事实参量的自动测量和输出频率转换。在测量时，一次测量号后，等待下一次测量的指令，之后再进行下一次的测量，如果一路头就超量程，那么液态晶体就会闪耀。这样就很好的保护了整个换档电路，虽然不能一直测量，可是咱们可以在差别的点上取样，这样对一些特殊电路很是实用(如图8、9、10)。　　定见分析与计较　　摹拟电压转换　　·放大和衰减部分

　　在放大和衰减部分，首要由电阻来确定，放大部分和衰减部分各分两档，衰减倍数分别为50倍，5倍，增益部分分别为2倍，20倍。放大部分电路颠末精确计较获得电阻参量。如图15所示，因为思量到LTC1967的转换电压，以是咱们把量程分别为：10mV~200mV， 200mV~2V，2V~20V，20V~200V，颠末转换后的电压规模都在200mV~4V之间。　　·真有效值的转换

　　根据其精密度的计较，咱们对LTC1967的参量的选择如图12所标注的参量值一致。使其输入信号为10Hz~100kHz的时辰到达最精。　　LTC1967接纳 如图12的典型接法，通过调整外部精调电路电阻，可使总误差大为减小。　　为了有效的防止衰减，咱们用LTC6800作为信号放大器，电路图如图13所示，由其单位增益带宽根据经验公式可以得出10Hz~100kHz的通带带宽，并且咱们现实成果也是如此。　　电路图及有关预设文件

　　图14是咱们预设的供电电源模块原理图。模块中间部分的稳压块接纳78/79系列的取代(此中的78和79系列咱们分别选取780五、790五、这样使电源分立供电,以尽量减少误差)。思量到电源整个电路系统的功率问题，咱们采取分立供电。　　自动量程转换用摹拟开关电路来解决，此过程当中，单片机系统对测量值进行判断选择合适的档位进行电压的测量。在判断过程当中，直到输入待测值在某个档位上时，这个档位的继电器才会闭合，使输入信号进入测量系统。

　　键盘电路(图17)　　单片机最小系统(图16) 　　咱们的单片机最小系统接纳的89C52单片机，由于咱们的I/O 接口不够用，以是咱们用以下电路进行I/O扩大。

　　实验要领与仪器

　　实验要领：先用数字示波器对输出信号进行测量，成果可以从测量入眼出波形没有失真，幅值的有效值为1V不变，并且输出的频率可以预置， 即可以用它来校正咱们便宜的交流毫伏表。　　在正式实验以前先用便宜的信号输出对其校正，成果和输入现实值同样，咱们就进入实测，用变频电源信号输入实验系统，同时接上示波器，实验成果同样，证实咱们的交流毫伏暗示到达要求的。

　　实验仪器首要有：变频电源；TDS1012数字示波器；TOP—851编程器；电位差计；仿真器；万用表等等。

　　实验数据及实验成果分析

　　为了包管测量系统和输出信号系统的精密度和精确，同时为了减少测量相对误差，咱们颠末实验，获得以下若干组数据，最后用发生器对测量系统进行自校准。测量数据如下：

　　1 先用2v输入进行实验，共随机抽样测得35组数据，列表如表1。　　2 对电压测量系统进行电压检验测定，首要由变频电源对测量系统输入信号，测量成果如表2(测量部分为了方便只取三位有效数字)。

　　误差分析

　　1 实验系统误差分析

　　通过上面所说的实验数据，可以得出，电压测量系统的误差规模在±2%±一个字，而信号输出的电压误差规模为<±5%，其输出频率误差在±2%之内，以是当输出信号作为自检信号输入测量系统进行测量时，误差规模在±5%±二个字。

　　测量系统的误差首要来自变压系统的误差、真有效值转换时的误差和A/D转换后在单片机系统内出现的误差。变压系统首要有比率不可以精确计较，同一时的运气算放大器存在温漂等不确定因素，同时由于真有效值转换的精密度本身就影响测量成果，另外单片机措置惩罚时也存在误差。

　　2 抗滋扰办法

　　系统要测量信号有强有弱，最小数量级可达10mV，增益高，很是容易受滋扰和孕育发生自激。是以抗滋扰办法必需做的很好，才能避免自激，减小噪声，提高测量精确度。通过定见分析和实验，咱们接纳下述要领减小滋扰，避免自激。

　　1．将系统测量电路放入屏蔽盒中进行电磁屏蔽，避免空间高频电磁滋扰，和工频滋扰。　　

      2．模数断绝。由于数字电路有很是大的高频对地滋扰，很是容易对摹拟 电路孕育发生影响。在电路板建造中咱们接纳了摹拟地数字地一点儿接地。

　　3．电源断绝。由于系统要有 供电，此中继电器的开关噪声很是大，咱们接纳了纯粹的自力电源供电，有效减小对主测量电路的影响。PCB电路板图示于图18、19。　　参考文献：

　　一、Data conversion products databook. Analog DevICes Inc  1988

　　二、PZ105真有效值交直流数字电压表，电测与仪表， 1989.No.3

　　三、戴伏生，根蒂根基电子电路预设与实践，国防工业出书社，2002.4

　　四、天下大学生电子预设竞赛获奖作品汇编，BeiJing理工大学出书社，2004.8　　　　

      五、赵文博、刘文涛，单片机语言C51步伐预设，人平易近邮电出书社，2005

　　六、阎石，数字电子技术根蒂根基，高档教育出书社，1997.12

　　七、童诗白、华成英，摹拟电子技术根蒂根基，高档教育出书社，1987.5

　　八、DonnaldA.Neamen，赵桂钦、卜艳萍译，电子电路分析与预设，电子工业出书社　　

      九、黄智伟，天下大学生电子预设竞赛训练教程，电子工业出书社，2004.11

　　十、天下大学生电子预设竞赛获奖作品选编，BeiJing理工大学出书社，2005.3