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U1(LM324)为四运放IC1，U1-1／4与U1-2／4的作用是产生被测电压极性识别信号与控制U2的信号通道。U1-3／4构成程控放大电路，对被测电压进行10，1，1／10，1／100的放大或衰减。U1-4／4为反相放大器，用于调整输出电压幅度以满足A／D转换器正常工作要求；
U2(SGM522)为二通道模拟开关IC，实现正、负极性的被测电压分通道传输，以便对负极性信号实施反相处理；
U3(C4066)为四通道模拟开关IC，在量程自动控制信号的作用下，实现让不同量程的电压分通道传输，以便配合U1-3／4电压进行幅度变换；
U4(LM339)、U5(74LS05)、U6与U7(74LS21)组成自动量程控制信号产生电路。其中，U4为四比较器IC，用于确定各量程的测量范围，U5为四反相器，对高或低电平实施反相变换，U6、U7均为四输入双与门IC，通过逻辑运算获得自动量程控制信号；
U8(C14433)为双积分式A／D转换器(又称双斜式A／D转换器)，转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂补偿的3位半(BCD码)单片双积分式A／D转换功能，转换速率为3～10 Hz，转换精度为±1 LSB，模拟输入电压范围0～±1．999 V或0～±199．9 mV，输入阻抗大于100 MΩ。MC14433转换结果以BCD码形式，分别按千、百、十、个位由Q0～Q3端输出，相应的位选通信号由DS1～DS4提供；
U9(MC14511B)为译码集成电路，将BCD码译码成十进制信号，控制数码管的位显示；
U10(MC1413)为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。

3 电路工作原理
(1)被测电压的Ux极性判断与变换电路工作原理：电路由2个过零电压比较器、一个反相器和双向限幅电路组成，当Ux极性为“+”时，U1-1／4输出高电平，在C+的控制下被测电压通过U2的第一通道。U1-2／4输出低电平，C也为低电平，U2的第二通道不通；当Ux极性为“-”时。U1-2／4输出高电平，在C的控制下被测电压通过U2的第二通道，并通过U5-1-4完成反相变换。U1-1／4输出低电平，C+使U2的第一通道不通。V1，V2为双向限幅二极管，用于限制加到U1-1／4与U1-2／4输入端的电压幅度。
(2)多路模拟开关和程控放大电路工作原理：电路由C4066，U1-3／4，R4～R7等组成。设R1～R3通道等效电阻为R1～3，其大小可设置为100 kΩ，当B1为高电平时，多路模拟开关C4066的i1～O1通道接通，运放U1-3／4的反馈电阻R4取1 MΩ，对Ux放大10倍后送入A／D转换器的输入端。若A／D转换的电压满度值为2 V，则可测量0～±200 mV的电压。同理，当量程转换控制信号B2，B3，B4分别为高电平时，C4066对应的通道接通，当U1-3／4的反馈电阻R5，R6，R7分别取100 kΩ、10 kΩ、1 kΩ时，R5使±200 mV～±2 V的电压直接通过，R6使±2～±20 V的电压衰减10倍后通过，R7使±20～±200 V的电压衰减100倍后通过。再将某一路输出电压经U1-4／4反相放大，使与实际被电压极性一致，并可通过R16调节电压放大倍数(-R16／R15)，保证A／D转换电路正常工作所需的输入电压。
(3)量程自动转换控制电路工作原理：量程自动转换电路由四4比较器U4、3个反相器(U5内)、2个四输入双与门U6与U7、分压电阻R10～R14等组成。由于设置R1～3为100 kΩ，选择R8(470 kΩ可调)与R9(5 kΩ)使ux在R9上的分压比为1／100，经分压后加到各比较器的反相输入端。当ux分别为±200 mV，±2 V，±20 V，±200 V时，分电压值分别为2 mV，20 mV，0．2 V，2 V。同时，由R10～R14(电阻值如图2中所示)对Vcc分压获得各比较器的参考电平也分别为2 mV，20 mV，0．2 V，2 V，并分别加至各比较器的同相输入端。当被电压Ux达到某量程的满刻度值时，使比较器的输出电平由高变低，通过组合逻辑电路产生量程自动控制与标志信号(高电平有效)。若Ux位于0～±200 mV，U6-1／2输出高电平，获得有效量程控制信号B1，其余B2～B3为低电平；同理，当被测电压分别在±2 V，±2～±20 V，±20～±200 V范围时，U6-2／2、U7-1／2、U7-2／2分别输出高电平，获得量程控制信号B2、B3和B4，状态转换表如表1所示。

逻辑表达式分别为：B1=W·X·Y·Z，B2=为超量程标志信号。
(4)被测电压极性、小数点位置与超量程的指示信号：被测电压极性显示控制信号由U1-2／4提供，用输出的高或低电平控制“-”或“+”号的显示；小数点位置控制信号由量程自动转换控制信号实现，B1的高电平用于显示测量范围为0～±200 mV的小数点位置，B2的高电平用于显示测量范围为±200 mV～±2 V的小数点位置，B3的高电平用于显示测量范围为±2～±20 V的小数点位置，B4的高电平用于显示测量范围为±20～±200 V的小数点位置，当被测量电压范围在±200 V以外时，不用小数点；超量程指示信号由B4的低电平实现，当B4为低电平时，表明被测电压超过了±200 V的最高上限。
(5)A／D转换、译码、显示电路工作原理：用U1-2／4输出的信号控制数码管最高位“g”段的亮与不亮，实现极性“-”显示。当U4的4个比较器都输出高电平量，便发生了超量程情况，可用它们产生报警与超量显示信号(本系统未考虑)。当程控放大器输出的信号加到U8的3脚，将模拟电压转换为BCD码，并由20、21、22、23脚输出，经U9译码为千、百、十、个四位十进制数，同时，由U8的16、17、18、19脚输出对应的选通信号，共同控制数码管显示测量结果。

4 结语
本测量系统运用与门、反相器、比较器、多路模拟开关集成电路(C4066)等数字集成电路巧妙组合获得了被电压极性判断、量程自动转换、信号幅度变换、小数点位置显示控制、超量程显示与报警信号。电路结构设计看似复杂，但分立元件少，成本低。具有设置量程方便、
电压测量范围宽、功能相对独立且容易扩展、工作稳定可靠等优点，值得借鉴。

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关键词： 电压表 研制 智能 数字式 数字 集成电路 基于