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STM32主动量程电压表设计方案

0引言在智能仪器中,常常用到自动量程转换技术,这使得仪器在很短的时间内自动选取最合适的量程实现高精度的测量。自动量程的实现一般通…

0 导言

在智能仪器中,常常用到主动量程转化技能,这使得仪器在很短的时刻内主动选取最合适的量程完成高精度的丈量。主动量程的完成一般经过操控输入信号的衰减扩大倍数完成,就电压表来说其输入丈量电压会大于其AD 转化器的输入规模,所以它的量程切换基本上是信号衰减倍数切换的进程。

1.体系全体计划与作业原理

体系功用框图如图1所示。STM32F103ZET6处理器是本体系的中心器材,担任操控整个体系的正常作业,包含读取AD 转化后的成果及200mV 与2V 档位的操控;按键输入动作呼应;段式液晶的驱动;量程主动转化操控等。

体系功用框图

输入的电压信号经过量程转化模块,变成可供ADC模仿输入端能正常进行采样的电压。沟通电压丈量模块的功用是将被测的沟通电压转化成相应的RMS 值。按键输入的功用是切换各种不同的丈量形式以及核算相对差错时进行数值输入。

2.体系硬件结构

(1)电源办理硬件电路

本体系具有低功耗形式,即在必定的时刻内没有操作,体系在单片机的操控下主动堵截一部分电路的作业电源。电源办理电路原理图如图2所示。

电源办理硬件电路

电池的正极分红两路,榜首路是直接接入到SPX1117的输入端,SPX1117是三端集成稳压芯片,其输出端输出安稳的3.3V,作单片机体系电源。另一路是经过三极管9012能够开关操控,本规划中在体系处于正常作业状况时,单片机操控口输出高电平,9011处于饱满状况,9012的基极电压与地电压附近,9012饱满,即处于导通状况。9V叠层电池的正极电压抵达78L05 三端集成稳压芯片的输入端,其输出端输出安稳的+5V电压。-5V由负压电荷泵7660S 发生。当体系处于“低功耗”状况时,单片机操控口输出为低电平。9011处于截止状况,9012的基极电压为9V,也处于截止状况,模仿部分电源电压为零。而单片机将一向处于不同形式的作业状况。

(2)沟通电压转化电路

沟通电压丈量真有用值的转化电路是丈量沟通电压的要害部分,其规划的好坏直接影响到沟通电压信号的丈量精度,在本次规划中咱们经过比较挑选选用AD637来完成沟通信号到直流量的改动,电路如图3所示。

沟通电压转化电路

AC_IN是沟通电压输入端,DC_OUT端输出的是直流电压信号。输出直流电压的值是输入沟通电压的真有用值。此电路完成了沟通到直流的转化,试验测验时发现关于5000Hz 沟通信号转化效果仍杰出。

(3)量程转化电路

本体系量程转化选用单片机操控模仿开关和继电器完成,原理框图如图4所示。

直流/沟通(0-20V)电压输入后双掷开关SW_1起到电压量程转化挑选效果,固定电阻R1,R3在精细可变电阻R2的合作下组成一个电阻10倍衰减网络,且其输入电阻大于10M 欧,满意题目中输入电阻的要求。最高输入电压可到20V 。再由单片机操控SW-1 来挑选是否衰减。R1和两个IN4001 构成一嵌位维护电路,使电路在高电压输入时处于安全状况。OP07 构成一个电压跟从器,起到阻隔前后通道的效果,其较低的输出电阻还能够进步带负载才能。Output 端接入ADC.

(4)量程主动切换的完成

本体系中的主动量程切换对测直流电压和沟通电压均有用。量程主动切换要害是经过读ADC 数据判别当时的量程是过量程仍是欠量程,合理的硬件规划是量程主动切换的重要确保。量程主动转化流程图如图5所示。

量程主动转化流程图

主动量程转化由初设量程开端,逐级比较,直至选出最合适提量程停止。主动量程转化的操作流程如上图所示。继电器或其它操控开关从闭合改动为断开,或从断开改动为闭合有一个时刻短的进程,所以在每次改动量程之后要延时必定的时刻,然后再进行正式的丈量和判别。为了防止在两种量程的交叉点上或许呈现的跳动,还应考虑低量程的超量程比较值和高量程的欠量程比较值之间有必定的堆叠规模。

3.软件规划

数据收集进程中,运用了八阶平均值滤波和一阶滞后滤波,有用的滤去了采样数据的脉冲搅扰。程序流程图如图6所示。

体系软件流程

4.体系测验与差错剖析

(1)体系测验办法

直流测验办法:运用直流稳压电源发生直流电压信号,经过高精度万用表调查实践输出直流电压值,将信号通入本体系仪器丈量与规范电压值进行比较。

沟通测验办法:运用沟通数字信号发生器发生40~5000HZ,电压规模0~20V的正弦沟通信号经过示波器调查实践输出频率,经过高精度数字万用表调查实践输出电压值,将信号通直流测验办法:运用直流稳压电源发生直流电压信号,经过高精度万用表调查实践输出直流电压值,将信号通入本体系仪器丈量与规范电压值进行比较。

(2)差错剖析

本体系差错主要由恒流源、AD真有用值转化、双积分ADC 器材等几个方面所带来的差错。AD 真有用值转化,在差错答应的规模内能够将所测沟通电压转化成对应的真有用值,但不可防止地遭到环境温度的影响,形成转化时或许引起差错。量程主动切换时将本来的微型继电器用耐高压型的模仿开关替换掉。能够进一步下降体系正常作业时的功耗,还能够进步体系的安稳性和可靠性及呼应速度。

5.结束语

本规划计划完成了直流电压、沟通电压的高精度丈量,一起具有量程主动转化功用,选用LCD显现,可读性强。STM32F103ZET6在速度、功耗方面功能都十分优胜,其丰厚的外设也愈加便利规划。别的,其价格较低,在本钱上也有优势,适合于操控电子产品的规划。计划中选用STM32F103ZET6内部的12位ADC,既满意了丈量精度,也省去了外扩AD,使硬件电路愈加简略,节省了本钱,进步了可靠性。

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