基于STM32的自动量程电压表设计

直流/交流(0-20V)电压输入后双掷开关SW_1起到电压量程转换选择作用，固定电阻R1,R3在精密可变电阻R2的配合下组成一个电阻10倍衰减网络，且其输入电阻大于10M 欧，满足题目中输入电阻的要求。最高输入电压可到20V .再由单片机控制SW-1 来选择是否衰减。R1和两个IN4001 构成一嵌位保护电路，使电路在高电压输入时处于安全状态。OP07 构成一个电压跟随器，起到隔离前后通道的作用，其较低的输出电阻还可以提高带负载能力。Output 端接入ADC.

(4)量程自动切换的实现

本系统中的自动量程切换对测直流电压和交流电压均有效。量程自动切换关键是通过读ADC 数据判断当前的量程是过量程还是欠量程，合理的硬件设计是量程自动切换的重要保证。量程自动转换流程图如图5所示。

自动量程转换由初设量程开始，逐级比较，直至选出最合适提量程为止。自动量程转换的操作流程如上图所示。继电器或其它控制开关从闭合转变为断开，或从断开转变为闭合有一个短暂的过程，所以在每次改变量程之后要延时一定的时间，然后再进行正式的测量和判断。为了避免在两种量程的交叉点上可能出现的跳动，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一定的重叠范围。

3.软件设计

数据采集过程中，使用了八阶平均值滤波和一阶滞后滤波，有效的滤去了采样数据的脉冲干扰。程序流程图如图6所示。

4.系统测试与误差分析

(1)系统测试方法

直流测试方法：使用直流稳压电源产生直流电压信号，通过高精度万用表观察实际输出直流电压值，将信号通入本系统仪器测量与标准电压值进行比较。

交流测试方法：使用交流数字信号发生器产生40~5000HZ,电压范围0~20V的正弦交流信号通过示波器观察实际输出频率，通过高精度数字万用表观察实际输出电压值，将信号通直流测试方法：使用直流稳压电源产生直流电压信号，通过高精度万用表观察实际输出直流电压值，将信号通入本系统仪器测量与标准电压值进行比较。

(2)误差分析

本系统误差主要由恒流源、AD真有效值转换、双积分ADC 器件等几个方面所带来的误差。AD 真有效值转换，在误差允许的范围内可以将所测交流电压转换成对应的真有效值，但不可避免地受到环境温度的影响，造成转换时可能引起误差。量程自动切换时将原来的微型继电器用耐高压型的模拟开关替换掉。可以进一步降低系统正常工作时的功耗，还可以提高系统的稳定性和可靠性及响应速度。

5.结束语

本设计方案实现了直流电压、交流电压的高精度测量，同时具有量程自动转换功能，采用LCD显示，可读性强。STM32F103ZET6在速度、功耗方面性能都非常优越，其丰富的外设也更加方便设计。另外，其价格较低，在成本上也有优势，适合于控制电子产品的设计。方案中采用STM32F103ZET6内部的12位ADC,既满足了测量精度，也省去了外扩AD,使硬件电路更加简单，节省了成本，提高了可靠性。