新型交流数字电压表设计

3．4 A／D转换电路

A／D转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件或装置，是一种模拟系统和计算机之间的接口，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用。常用的A／D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式，考虑到前者转换时间短，因此选用逐次逼近式A／D转换器。AD574为12位逐次逼近式A／D转换器，分辨率为1／212，转换时间25μs。在本系统中的量程选用双极性-5～+5 V，与AT89C51的接口电路如图5所示。AD574的12／8引脚接+5 V，一次输出12位转换结果，3，5脚分别接至单片机控制总线的P3．1，P3．2，CE接单片机P3．0，状态引脚(STATUS)接单片机的P1．7。AD574的12引脚和10引脚接两个0．1 kΩ的电位器，分别用于零点调整和满刻度调整。AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接时，12位分别接单片机的P0．0～P0．7和P1．0～P1．3。

3．5 显示电路

显示电路如图6所示，电路采用了简单的软件译码移位输出的方法，串行数据经单片机的P3．6输出至74LS164，四个74LS164将串行数据转换成并行数据送数码管字型口显示，74LS164的时钟信号由单片机的P3．7提供。数码管选用共阴极型。

3．6 整流电路

数字电压表的设计电路中用到了两个直流电压5 V和12 V，而设计要求采用现场提供的交流220 V电源，因此需要经过整流电路把220 V交流电源转化为5 V和12 V直流电源。本系统中采用了单相桥式整流电路，如图7所示，为了减小纹波以及消除高频谐波电路中加入了电容滤波。

式中：△Tm为相邻两次采样的时间间隔；um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为一个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等，即△Tm为常数△T，考虑到N=(T／△T)+1，则有：

根据式(2)可以由一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号的有效值。为了提高系统的抗干扰能力，除了在硬件上采取相应的措施外，软件上采用冗余计算法即重复重要的指令，以防止程序跳飞而死机。系统的程序流程图如图8所示。

5 结 语

本文采用程控放大器实现量程的自动转换。用AT89C51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C语言实现，程序简单可读写性强，效率高。与传统的电路相比，具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点，具有一定的使用价值。本设计在超量程时会显示特定的值，即超量程显示，如想更直观的显示，可加入声光报警电路，在超量程操作时可进行声光报警。