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2 系统硬件设计
2.1 电压衰减、放大和量程转换电路
电压衰减放大和量程转换电路如图2所示。电阻R1~R5构成衰减系数分别为1、10、100、1 000、10 000的分压器,将被测输入电压Uin衰减至0~200 mV范围内并送至后端电路放大、AC/DC转换(直流电压不需转换)、A/D转换以及由单片机进行采集、处理与显示。为了降低测量误差,分压电阻R1~R5均选用误差为±0.5% 的精密金属膜电阻。量程的选择由单片机的P1.0~P1.4口线经反相器74HC04反相后控制SPRAGUE公司的高耐压、大电流达林顿晶体管集成电路ULN2003的输入端1 B~5 B,从而驱动电磁继电器K1~K5的触点开关吸合或断开来实现。交流电压与直流电压共用同一转换量程,K1~K5被独立吸合时对应的量程依次为200 mV、2V、20 V、200 V、1 000 V(AC 750 V)。若被测电压高于单片机设定的量程,单片机控制相应的继电器线圈接通对信号进行衰减,反之则放大,以保证输入至AC/DC转换器和A/D转换器的信号不超过它们的工作电压范围。因被测电压未知,为避免电路被烧坏,初始量程应设定为最高量程。
图2 电压衰减放大和量程转换电路
ULN2003芯片内部二极管负极公共端COM 接至负载电源+5 V,对各继电器线圈起反向续流作用。加入反相器74HC04的目的是防止单片机系统通电或复位时,输入高压不经分压直接进入后级弱电系统导致烧毁电路的情况。运放U3接成电压跟随器形式,起隔离前后通道的作用, 并降低输出阻抗、提高带负载能力。其中,R6、R7为限流电阻,防止因量程切换至各量程时造成过大的电流;D1、D2为双向限幅二极管, 起过压保护作用。运放A4和电阻R8、R9、R10连接成同相比例电路,将衰减成0~200mV范围内的信号放大1O倍送给后面的AC/DC转换器AD637J(标称满量程为2V)进行交流/直流转换f直流不需转换)。
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