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本设计主要分为两部分：硬件电路及软件程序。而硬件电路又分为量程自切换电路、单片机小系统电路、A/D转换电路、LCD显示电路、上位机通信电路等。各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍。程序的设计使用C语言编程，利用Keil软件对其编译，详细的设计算法将会在程序设计部分详细介绍。
1. 设计要求与总体设计方案
1.1 设计要求
（1）测量范围0V～500V。
（2）要求被测电压数字显示。
（3）具有量程自动切换功能。
（4）电压测量误差0.1%。
（5）可与PC机进行实时通信。
（6）可拓展温度测量功能。
1.2 总体设计方案
（1）设计思想
首先将模拟信号通过电压预处理电路进行分压，然后对电压进行滤波，转变后的电压值转换到RMS-DC变换器允许的工作电压范围内，然后把变换后的信号通过模/数转换后直接送入单片机，经单片机输入程序的相应计算后送液晶显示。如果输入的被测电压信号不在适合的量程之中，经过单片机判断之后控制模拟开关对电压预处理电路作适当的调整，以实现仪器自动转换量程的功能。测量系统可与PC机通信，为测量仪表的智能化、网络化提供可能。
（2）设计方框图
系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2. 硬件电路设计
2.1 电压预处理电路设计
2.1.1 过压保护电路
为保证电压表的安全，通常可以采用火花放电器或压敏电阻器作为过压保护。压敏电阻器是电压灵敏电阻器VS（Voltage-Sensitive Resistor）的简称，属于一种新型过压保护元件。
压敏电阻器伏安特性如图2(a)所示。其伏安特性具有对称性，在正、反向伏安特性中能起到稳压作用，元件本身没有极性，因为它还可作为小电流（小于1mA）的双向限幅器或稳压管。图中的V1mA、V1mA′分别表示通过1mA、-1mA 直流电流时的耐压值。
用压敏电阻器构成的电压挡过压保护电路如图2(b)所示。它直接接在分压器件前面，不需要加限流电阻。压敏电阻器的标称电压值应根据实际电路需求 来确定，本文采用850规格的压敏电阻器作为其保护电路。
图2 压敏电阻伏安特性
2.1.2 电压量程电路
电压测量部分电路如图3所示。该电路是以200mV作为基本量程，共设4挡：5V、50V、100V、500V。图3中，R1～R4为分压电阻，均采用误差较小的精密金属膜电阻（相对误差为±0.5%），五个电阻的总和为1MΩ 。
通过电阻网络实现电压衰减测量的输入阻抗设为R=R1+R2+R3+R4。S1至S4单独合上时Vout的大小分别为：
S1 单独合上 ：Vout=Vin*1 （1）
S2 单独合上 ：Vout=Vin*(R2+R3+R4)/(R1+R2+R3+R4) （2）
S3 单独合上 ：Vout=Vin*(R3+R4)/(R1+R2+R3+R4) （3）
S4 单独合上 ：Vout=Vin*(R4)/(R1+R2+R3+R4) （4）
由式中可以看出Vout在一定范围时电阻网络衰减程度越大其可输入电压Vin范越大。只要把R1、R2、R3、R4的参数选好，然后由S1、S2、S3、S4 选择测量电压输出端，即完成量程选择。
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