引言
在电量数据检测中，电路的电压、电路的电流和电路的频率是3个经常被测量的量，其中最为经常的是电压。而且随着电子技术的发展，高精度电压测量比较频繁，所以测量高精度电压的数字电压表不可缺少。
传统的指针式电压表功测量单一且不精确。不能满足数字化时代的需求。本设计可以测量任何复杂波形抗干扰性强而不考虑波形种类等，测量精度准确，带宽范围大，读数方便。
在本设计中提高其测量精度、稳定性、改善线性、提高频率响应特性是设计中的关键。
目前，已经有了种类繁多的数字电压表，由各种单片机控制还有A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于工业上仪器检修、农业上的智能化检修，显示很好的市场。目前单片机也向着高性能、多种类、CMOS化、功耗低、轻便、容量大、廉价等方向发展。
本设计采用双积分式A/D转换的方案，克服了老式电压表的缺憾。而且具体设计和完成过程更保证了其精确度和灵敏度。所以这种数字电压表无论在功能还是其他方面，都有老式电压表不能比的优点，这使得它具有广阔的市场前景。
1 总体方案设计
交流毫伏表系统包含：数据采集部分、数据处理部分、显示部分等三个主要组成，其中真值有效值转换、直流转换是核心元器件。本设计采用精度准确的AD637芯片，量程是0-10V，精确度是0.05%RDG+0.25mv.
系统的设计总体思路是：先将滤波后的模拟信号通过宽带放大电路将电压转换到真值有效值的转换器的工作电压范围内，然后送到A/D转换器中之后送到单片机，经过计算后送到LCD液晶显示中。若输入的被测信号电压不在量程之内，单片机判断后控制模拟开关对宽带放大电路作出一定调整，实现其转换量程的功能，并且起到了保护后面电路的作用。
本设计的原理框图如图1-1所示：
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A/D转换 |
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真值有效值转换 |
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信号输入 对增益控制
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LCD显示 |
图1-1系统原理图
从系统原理图1-1可看出，交流毫伏表系统主要有五个功能模块：程控增益放大模块、51单片机最小系统模块、真值有效值的转换模块、模/数转换模块和液晶显示模块一起组成。其中程控增益放大模块、真值有效值的转换模块和模/数转换模块可以归为数据的采集部分;单片机最小系统模块及液晶显示模块可以认为一个为数据处理部分、数据显示部分。
然后电源模块也是必不可少的组成部分，是以上模块的基础部分。
本设计的流程：交流电压信号经过程控放大器对交流信号进行调控和增益之后进入真值有效值转换，转换之后的信号经过模拟信号到数字信号转换过程也就是A/D转换过程;经过转换后的信号进入单片机进行处理判读信号衰减是否合适，如果合适的话就送到液晶显示中显示出来，如果衰减不合适就继续调整，直到衰减合适之后信号送到液晶显示出来结果。
2 技术方案比较和论证
在几个方案中，系统功能模块主要涉及到系统的构成和元件的选择。系统模块主要包括：程控放大模块、真值有效值转换模块、模数转换模块、单片机最小系统模块、液晶显示模块等主要五个部分。通过对这几个模块功能分析和比较，提出以下几个方案供选择。
2.1 真值有效值直流转换模块方案设计
真值有效值转换模块是本设计重点，它的设计与元件选择关系到数字交流毫伏表的准确度和灵敏度，通过对本设计文献、资料的查阅和学习，提出了以下的设计方案。
对数放大器转换是利用晶体管PN结平方率传递关系而成的。单片集成电路真值有效值转换芯片AD637，内部集成了实现算法求取有效值各种电路，能将各种复杂的波形的交流电压信号直接转换成与交流电压有一定比例的直流电压信号，且不考虑波形的参数和波形的失真。并且AD637对200毫伏带宽可达1M赫兹，2v输入带宽可达8M赫兹，可以前置放大电路当输入200毫伏以下时，并且缓冲模式输入阻抗可达100M欧姆，因此AD637可完全满足本设计的要求。
2.2 程控放大模块设计方案
本设计的电压显示范围为0-10V，因为后级有效值转换模块为0.2-7V，因而需要对量程进行转换。根据被测信号的大小可把电压表量程分为0.1V、1V、10V三个量程段，相应的分压倍数为20倍、2倍以及0.2倍。
因此通过模拟开关选择不同的电阻通道实现以上信号的衰减，之后用集成的放大器把被测信号放大20倍，从而实现增益的调控。因为经过放大器的信号最高频率为1MHz，最高增益为10倍，所以要求反向放大器中的运放增益为10MHz意思，所以高速运放OP07增益带宽为200MHz，完全满足要求。故本设计的程控放大模块采用OP07作为此模块的主要元件。
2.3 A/D转换模块设计方案
模数转换模块是交流毫伏表设计一个不可或缺的环节，它的设计关系到后来的电路被测量信号处理和显示准确度。经过模控放大模块输出的信号通过模数转换把被测和转换为数字信号，传送给单品就处理，因为单片机只可以接受数字信号。并且A/D转换模块的位数决定了被测信号的精度。双积分的转换器ICL7135满精度量程为-2.0000V-+2.0000V，在这个范围内，精确度为-1到+1个字。并且他还有自主调零的能力，保证了0V的读数为零，并且输入阻抗高达10亿欧姆，输入的漏电流仅为1pA。还能够判断输入电压信号的极性，具有读数保持的能力。在超和欠量程的状况下，能用闪亮的方式表示超过量程的状态，可以实现量程的自动转换能力，具有高精度的测量。因此ICL7135可以实现题目要求。
2.4 LCD显示模块方案设计
液晶显示器LCD是一种低功耗的显示器，它有个头小、功耗低、显示内容多等一些优点，伴随着电子技术的发展，LCD的价格越来越便宜，现在已经是单片机设计中常见的信息显示元器件了。用途十分广泛，不但在家用电器中经常见到，而且在各种高端设计中用途越来越广。本设计采用的是1602液晶显示。
1602可以显示16个2行字符，可以显示数字、英文大小写、常用的一些符号等，完全可以满足本设计的要求。
3 系统硬件电路的设计和完成
系统的硬件电路设计包含：程控增益放大器模块、真值有效值转换模块、A/D变换模块、51单片机控制模块、液晶显示模块等五个主要部分。下面吧这五个部分的硬件电路设计做以下的分析和归纳。
3.1 程控增益放大器电路的设计
程控放大器模块由三部分组成：射极跟随器、模拟开关和集成运放放大器。
每个部分具体功能为：
一：射极跟随器 射极跟随器就是信号从发射极输出的放大器件。它的特点是输入阻抗高，输出的阻抗低，动态电压放大的倍数低于1并且靠近1，负载能力强大，且输出电压与输入电压同相但是输出的阻抗低，具有电流放大能力和功率放大能力。常作为阻抗变换和级中隔离用。
本设计当中的射极跟随器用的是0P07集成运放放大器，链接的方式是基极与发射极一起接地，基极输入信号，发射极输出信号。
二：模拟开关 模拟开关CD4501相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪个通道，由输入的三位地址码ABC来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1的时候，每个通道都禁止通过。此外，CD4051还有一个电源引脚VEE，当电平位移时可以使用，从而能使得通常在单组电源供电条件下的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制CD4051的多路开关，并使CD4051的多路开关可传送的交流信号峰值能达到15V。例如，若模拟开关的供电源VDD=+5V，VSS=0V，当VEE=-5V时，只要对此模拟开关加以0-5V的数字控制信号，就可控制范围为-5V-+5V的模拟信号。
三：集成运放放大器 因为被测信号后级电路输入要求做一些衰减和放大。前级电路的电压输入经过射极跟随器和开关中的分档电阻后然后会合适的缩小或放大，因为要考量系统设计的精确度，后级放大电路要对被测信号电压做合适的放大，用于真值有效值转换电路能工作正常并且满足了系统的精确度。
所以本设计采用OP07集成芯片，它经过外围电路之后能放大到20倍。
下面是程控放大模块设计中元件的简介：
一：OP07
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单片机 |
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OP07是一个精度高，电压失调低，运算精密的集成运放电路，用于弱信号的放大作用，如果用二个电源，能达到最好的放大效果。
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程控放大器 |
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OP07特点简介：
噪声电压的幅度较低—0.35μfP-P(0.1Hz-10Hz)
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OA1 |
输入的电压失调特别低—10μf
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OA2 |
输入电压失调温漂特别低—0.2μV/℃
稳定时间长—0.2μV/MO 图3-1 OP07 的引脚分布
电流偏置特别低—±1nA
共模拟值比很高—126dB
共模的电压输入范围较宽—±14V
电压电压范围也较宽—±3V-±22V
不要其他外部器件调整
