具有自动选择功能的数字电压表。方案、说明

带自动选择功能的数字电压表。无线电电子电气工程百科全书

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在各种设备中，开始使用专用LSI来实现模数转换（ADC）功能。组装在类似 LSI 上的万用表变体之一是已知的 - KR572PV2 (K572PV2) [1]。目前，国内业界生产了该系列的另一款LSI——KR572PV5。它具有与液晶显示器 (LCD) 配合使用的输出，并且可以通过 9 V 单端电源供电，这使其可用于小型且经济的测量仪器（万用表）。 ADC KR572PV5 将输入直流电压（Uin.max. = ±199,9 mV）转换为并行七段代码，直接控制 3,5 位 LCD。

单极 9 V 电源电压在内部转换为相对于引脚 2,8（模拟公共总线）的稳定正电压和未调节负电压（6,2 和 -32 V）。这些电压是为 KR572PV5 模拟部分供电所必需的。数字部分还由具有引脚 5 和 1（数字公共总线）的内部稳定 37 V ADC 电源供电。 LSI 时钟发生器连接至该引脚。 21 通过 1:800 的分频器和引脚上的发生器频率为 50 kHz。 21 接收到 LCD 操作所需的频率为 62,5 Hz 的矩形信号。

KR572PV5 的工作原理与 [1] 中描述的 KR572PV2 类似，本文不再考虑。

引起读者注意的测量装置设计用于测量直流电压和电阻。

主要技术特点：

测量上限，V，kOhm....... 2, 20, 200, 2000
选择测量限值......自动
读数稳定时间，时钟频率为 50 kHz，s，不超过 ....... 2,5
输入电阻，MOhm，不小于....... 9
消耗电流，mA，不再......1

该装置的原理图如图1所示。 1. 它由测量模式开关 SA2、带有示例性电阻器 R6-R2 和 R5-R7 的模拟开关 DD10-DD1、带有示例性电压源 VT1 的 ADC DD1、LCD HG7 和自动测量限制选择装置 (UAVPI) 组成。微电路DD11-DDXNUMX。为了简单起见，该图仅显示了包含 UAVPI 操作所需信息的指示器部分的连接。

图1（点击放大）

LCD 引脚的完整编号如图 2 所示。 XNUMX.

具有自动选择功能的数字电压表
Ris.2

UAVPI 的工作原理基于对 3,5 位输出并行代码 KR572PV5 的数百和数千位数字（段 a、b、g、f - 百位和 b、c - 千位）状态的评估。如果ADC的输入电压UBX绝对值大于199,9mV，则进入过载模式，指示灯在千位显示1，百位（及其他位）无指示。 LSI 输出端的此类信号会导致仪表切换至最粗限值。另一方面，如果 |UBX| <20 mV，则显示屏百位显示0或1，千位无指示。此类输出代码组合允许移动到更敏感的限制。

信号过载和“欠载”ADC 在元件 DD7、DD8、DD9.1 上生成解码器。来自解码器的信号控制计数器DD10.1和计数器解码器DD11的操作。串联的计数器 DD10.1 和 DD10.2（后者仅使用一位）将 62,5 Hz（引脚 21 DD1）的频率除以 32。

接收到的频率（约 2 Hz）被馈送到计数输入 DD11，并在切换测量限值时进行计时。当 ADC 过载时，输出 DD8.4 的电平为 1，这会将计数器 DD11 重置为零，而该计数器最低有效位输出处的电平 1 对应于包含最大测量限制。同时，DD0 输出的级别 8.3 禁用帐户 DD10.1。当ADC“欠载”时，SR DD10.1的输入将为1，允许记账，同时计数器DD11也参与工作。在其输出端，每个计数周期中与周期号对应的位都会出现一个高逻辑电平。

DD11 使用的位数等于测量限值的数量。如果达到最佳测量限制，则 DD0 输出处的 8.3 将停止计数器 DD10.1、DD10.2 和 DD11。当达到最小限制时，即使 ADC 仍处于“欠载”状态，DD10.1 也会通过 R 输入被阻止。通过模拟键 DD2-DD5 可以切换伏欧表的测量限值。它们的状态决定了输出代码 DD11。这些按键在导电状态下具有足够高的电阻（几百欧姆），但它们的连接方式实际上不会在任何测量限制中引入误差。

被测电压通过SA1型操作开关（上位置）和分压器提供给DD1输入，分压器的上臂是电阻R1，下臂是电阻R2-R5之一，根据状态而定键 DD2、DD3。分压器下臂的最大电压受二极管VD1-VD4限制。示例性电压源是在工作于热稳定点的晶体管VT1上产生的。来自电阻器 R100 的示例性 16 mV 电压被施加到引脚。 36 DD1 至按键 DD6 之一。

伏特/欧姆表使用非常规的方法来测量电阻 [2]。其如图所示。 3.

具有自动选择功能的数字电压表
Ris.3

在电压U06的作用下，一定的电流10流过串联的示范电阻R0P和被测电阻Rx。由于流过电阻器R0gp和Rx的电流相同，因此它们两端的压降之比等于它们的电阻之比。因此，

Aind \uXNUMXd Ux / Uobr \uXNUMXd IoRx / IoRobr \uXNUMXd Rx / Robr

其中： Aind - 指标读数。

这种电阻测量方法的优点在于其实现简单且测量精度不受电压U0的不稳定性的影响。在电阻测量模式下，开关SA1移至下方位置。电源的正电压通过VD7和R6施加到按键DD4、DD5，这些按键根据所选UAVPI的测量限制执行示例性电阻器R7-R10的必要切换。参考电阻和测量电阻上的电压受到二极管 VD5 和 VD6 的限制，以排除 ADC 积分器的过载模式。出于相同的目的，较低的（根据该方案）密钥DD6 起作用。在它的帮助下，测量电阻时积分器的时间常数增加了一倍。晶体管VT2用作控制按键DD6的反相信号。伏欧表由 9 V 电池（“Krona VTs”、“Korund”）或 7D-0,115-U 1.1 电池供电。除 DD6 外，所有微电路均由内部稳压器 DD1 供电，因为它们在低开关频率下工作时消耗的电流极小。

该设计是为经过培训的无线电爱好者设计的，因此未给出电路板和设备设计的描述。只需要注意SA1开关的触点组之间具有可靠的隔离，是针对最大测量电压而设计的。电阻器 R1 上的大部分测量电压下降，也必须针对相同的电压进行设计。它可以由几个合适额定值的低压电阻器组成。应该注意的是，该器件的精度实际上仅受到参考电压源和电阻器R2-R5、R7-R10的精度和稳定性的限制，这些电阻器必须是精确的。在极端情况下，可以选择公差至少为5%的普通电阻，但这些电阻的温度和时间稳定性会较低。作为电阻器R16，可以使用无线多匝电阻器SDR-37。

如果使用 SP5-2 型线电阻，其阻值必须减小到 100 ... 150 欧姆，并且必须串联一个 300 ... 360 欧姆的恒定电阻，否则会由于调节时参考电压的阻值变化离散性大，难以准确设置。电容器C4、C5必须采用低介电吸收系数——K71-5、K72-9、K73-16等。在器件电路中安装晶体管VT1之前，需要找到其热稳定工作点。为此，需要采集一个参考电压源（VT1、R13、R16），将最大电流为16mA的毫安表与电阻R1串联，并在VT1栅极上施加相对于VT2,8栅极的+16V电压。来自任何稳定源电压的电阻器 R1 的输出较低（根据电路）。进一步地，通过改变晶体管VT0的温度（例如，先用热的金属物体，然后用冷的金属物体触摸其本体），实现在工作温度范围（40 ... 13°）内漏极电流的最小变化C) 通过选择电阻器RXNUMX。该电阻器的值可能与图中所示的值有很大差异。

正确组装的伏特/欧姆表立即开始工作，只需通过电阻器 R19 将 KR572PV5 时钟发生器的频率设置为 50 kHz，并通过电阻器 R16 将参考电压设置为 100 mV（在电压测量模式下）。

伏欧表还可以测量交流电压，为此，有必要在从 SA1 到电阻器 R14 的断线中包含平均整流值检测器。由于探测器在其滤波器中引入了一个额外的时间常数（惯性）到系统电路中以自动选择测量限值，因此该电路中可能会发生振荡，从而使电压表“过冲”所需的测量极限。为了消除这个缺点，只需要减小滤波电容（这只能达到一定限度），或者减小用于切换测量限度的时钟频率。最后一种方法非常容易实现。当切换到测量交流电压时，将输入 CN DD11 切换到下一个未使用位 DD10.2（引脚 12）的输出就足够了。因此，限位切换速度将减慢两倍。这将使稳定时间增加到 5 秒，确保 UAVPI 的可靠运行。

参考文献：

1. Anufriev L. VIS 上的万用表 - Radio，1906 年，第 4 期，p。 34-39。

2. Oswald G. Widerstand-Messung mit DVM.- Funkschau, 1981, No. 8, S. 98。

3. Raatsch P. Bereichsautomatik 的 C7136D.- Radio fernsehen elektronik，1986 年，第 10 期，S. 636-638。

作者：V.Tsibin

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