Design of new numerical voltage meter based on singlechip
摘要：介紹一種基于單片機(jī)的數(shù)字式電壓表系統(tǒng)，系統(tǒng)由放大、整流濾波電路，V-F轉(zhuǎn)換電路，中央控制單元及顯示電路等幾部分構(gòu)成， 這種以單片機(jī)為核心的新型智能儀表將計算機(jī)技術(shù)與測量控制技術(shù)有效結(jié)合，使得測量結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。設(shè)計突破了傳統(tǒng)的電壓表設(shè)計方式，提高了數(shù)字式電壓表的性價比。
關(guān)鍵詞：數(shù)字式電壓表 橋式整流電路 V-F轉(zhuǎn)換
Abstract： Introduces a kind of design about the new numerical voltage meter based on single chip. The system includes the operational amplifier, filter circuit, rectifier circuit, voltage- frequency converter, central control unit and the show circuit etc. This appliance which bases on single chip compounds the technology of computer and measure validly, That makes the measure result more accurate and credible. The design breaks the traditional voltage meter design method, which raises the function price ratio of the numerical voltage meter.
Key words： numerical voltage meter，bridge rectifier circuit, voltage- frequency convert
0、引言
傳統(tǒng)的電壓表一般采用指針式面板，精度低，可視距離近，已不適應(yīng)社會發(fā)展需要。隨著智能化微機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展，以單片機(jī)位為核心的數(shù)字電壓表已凸顯出其優(yōu)勢。本文介紹以單片機(jī)為核心的數(shù)字式電壓表設(shè)計，該電壓表具有性價比高，使用方便，精度高等特點(diǎn)，在鐵路貨車，家用電器，工業(yè)生產(chǎn)等電子測量領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
1、系統(tǒng)總體方案設(shè)計
傳統(tǒng)的指針式面板電壓表性價比不高，本文介紹的以單片機(jī)為核心的數(shù)字式電壓表系統(tǒng)對此有所改進(jìn)，它由放大、整流電路，V-F轉(zhuǎn)換電路，中央控制單元，顯示電路幾部分構(gòu)成，整個系統(tǒng)構(gòu)成較為簡潔。
圖1、總體方案電路圖
1.1 放大、整流電路
放大電路單元選用專用型集成電路運(yùn)算放大器LF356， 它利用場效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn), 用場效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級，因此具有高輸入阻抗，輸入偏置電流小，高速，寬帶，低噪聲，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
整流濾波電路選用橋式整流濾波電路，其任務(wù)是將交流電變成直流電，它主要是靠二極管的單向?qū)ㄐ詠硗瓿�，濾波電路采用C型濾波電路。
圖2、放大、整流電路圖
橋式整流濾波電路中，由于其輸出電壓與輸入電壓滿足 ，并且二極管承受的最大反向電壓
（其中 為橋式電路輸入端的電壓有效值），因此，須選擇合適的二極管，本設(shè)計選用型號為RL154的普通型整流二極管。
1.2 V-F轉(zhuǎn)換電路
V-F轉(zhuǎn)換電路是將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，與單片機(jī)的接口簡單。它將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為頻率與其電壓幅值對應(yīng)的輸出信號，是一種輸出頻率與輸入信號成正比的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
本文采用LM331組成V-F轉(zhuǎn)換電路，它是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，外接電路簡單, 只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V-F變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 它為雙列直插式8腳芯片, 其輸出管采用集電極開路形式, 因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻, 靈活改變輸出脈沖的邏輯電平, 從而適應(yīng)TTL,DTL和CMOS等不同的邏輯電路.此外, LM331可采用單/雙電源供電,電壓范圍為4～40V,輸出也高達(dá)40V。
圖3、V-F轉(zhuǎn)換電路
圖3中，PIN1為電流源輸出端,在 輸出邏輯低電平時, 電路對電容C2充電，PIN2
為增益調(diào)整, 改變R4的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小，以校準(zhǔn)輸出頻率。PIN3為頻率輸出端，為邏輯低電平, 脈沖寬度由R3和C3決定，PIN4為電源地， PIN5為定時比較器正相輸入端， PIN6為輸入比較器反相輸入端，PIN7為輸入比較器正相輸入端， PIN8為電源正端。其轉(zhuǎn)換定時波形如圖4所示。
