基于單片機的高精度交直流電壓測量方案

羅 星

三菱重工金羚空調有限公司，廣東江門 529040

1 數字電壓表原理介紹

如圖所示：被測信號經分壓電路后，被衰減到±0.2V左右；接著送入輸入保護及緩沖電路，此部分電路有兩個作用，一個是提高輸入阻抗，隔離電路前后級之間的影響，另一個是輸入過壓保護，避免輸入電壓過高損壞后級電路；接著由單片機控制繼電器選擇交流或者直流模式，分別接通交、直流轉換電路；接著信號送入信號處理及檔位選擇電路，經此部分電路處理后大約為±2.5V左右；接著單片機控制AD轉換芯片進行模數轉換；最后單片機把轉換的結果，按照給定的算法顯示測量結果。

2 輸入信號變換電路

輸入變換電路

如上圖所示，由于4051控制電壓范圍為20V以下，所以在此之前，我們首先對輸入電壓進行一級分壓，然后對輸入信號分別進行四檔衰減，單片機根據既定的算法對輸入信號由高檔向低檔位自動掃描，如果高檔位采集到的電壓值不在此檔位的測量范圍內，系統根據采集到的電壓值自動選擇合適的量程，當然我們也可以通過按鍵手動控制量程。

3 交流電壓測量電路

在智能供電電壓監測儀表中，如何把交流電壓值準確穩定地轉化成數字量，是衡量儀表好壞的關鍵。這里我為大家介紹兩種交直流轉換方案，一種是使用交直流轉換集成芯片AD736，另一種是搭建交直流轉換電路。

美國AD公司的AD736是一款非常典型的交直流轉換芯片，他可以提供真有效值交流DVM方案，即直接將交流信號的有效值按比例轉換成直流信號，在對各種非正弦波信號的測量上，較平均值轉換法大大減小了測量誤差。如果使用AD736進行真有效值轉換時需要注意以下兩點：

1）輸入電壓應在200mv以下，如果超過這個電壓應該分壓處理；

2）精度要求高的系統，應考慮被測電壓的波峰因數Kp。

AD736轉換精度是不錯，但價格也不便宜。下圖介紹了一種以運算放大器為核心的交直流轉換電路。

這個電路也能實現交直流轉換，而且能夠獲得不錯的精度。他的輸入電壓范圍也是在200V以下，RF滑動變阻器能夠微調輸出。

4 模數(A/D)轉換

A/D轉換芯片，我們可以根據自己的需要，選擇A/D芯片的位數，下面介紹一種10位串行A/D轉換芯片。

TLC1543是美國TI公司生產的一種串行A/D轉換器，具有輸入通道多、轉換精度高、傳輸速度快，是一種高性價比的AD轉換芯片，TLC1543是CMOS、10位開關、電容逐次逼近型模數轉換器，他有三個輸入端和1個三態輸出端，片內含有14通道多路選擇器，可以選擇11個輸入中任何一個，或3個內部測試電壓中的一個。

5 結論

在設備的安裝、使用、檢測、維修過程中，我們通常要對電壓這個基本的電參數進行測量，有時候還需要很高的測量精度。目前能夠高精度測量電壓的儀表，價格少則上千甚至上萬，當然這些儀表功能也都不僅于電壓的測量。本文介紹了一種功能相對單一，基于單片機的低價位、自動切換量程、高精度電壓測量方案。

[1]楊學昭，王東云.單片機原理、接口技術及應用[M].西安電子科技大學出版社，2009.

[2]任艷玲.基于單片機的量程自動轉換電壓表設計.電子科技大學，2006(11).

[3]美國 AD公司.交直流轉換芯片AD736中文資料，2005(10).

[4]美國 AD公司.A/D轉換芯片TLC2543中文資料，2005(10).