本發(fā)明涉及一種基于電容充放電的量程切換電路及電壓測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

在嵌入式軟硬件的開(kāi)發(fā)中，通常需要用到測(cè)量電壓的值，但是現(xiàn)在的大部分硬件電路的普遍情況是測(cè)量的電壓精度不高，隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，測(cè)量任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，工作量加大，測(cè)量速度以及測(cè)量精度要求越來(lái)越高，這些都對(duì)測(cè)量?jī)x器和測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求。

目前的自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程電壓表多數(shù)是采用電阻分壓原理實(shí)現(xiàn)的量程轉(zhuǎn)換。如申請(qǐng)公布號(hào)為cn103033677的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種量程自適應(yīng)型數(shù)字電壓表及其測(cè)量方法，它采用分壓電路將輸入信號(hào)分成三個(gè)電壓等級(jí)，分級(jí)后的電壓信號(hào)送入多路開(kāi)關(guān)量程切換電路，自適應(yīng)切換量程。該種電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要元器件較多，且較多的電阻元器件受溫度影響較大，影響測(cè)量精度。

授權(quán)公告號(hào)cn102611426b的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種數(shù)模量程自動(dòng)切換電路，它的數(shù)模量程自動(dòng)切換電路包括相連的電平轉(zhuǎn)換單元和開(kāi)關(guān)單元，在該申請(qǐng)的實(shí)施例二中，增加了模擬電路反饋控制系統(tǒng)，但模擬電路反饋控制系統(tǒng)僅是為了更精準(zhǔn)的得到電壓信息，從而使數(shù)模量程自動(dòng)切換電路實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)的切換，該申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)附圖中，它在模擬電路反饋控制系統(tǒng)加入了數(shù)模量程自動(dòng)切換電路，使整個(gè)電路系統(tǒng)龐大，元器件較多，而且，還是采用了“量程切換電阻”完成量程切換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的電路系統(tǒng)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)龐大，元器件較多，抗干擾能力差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，封裝體積小，且測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快的基于電容充放電的量程切換電路及電壓測(cè)量方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于電容充放電的多量程切換電路，

它包括pwm控制單元、開(kāi)關(guān)管、反饋配置模塊、上下拉配置模塊、充放電電容、充電電阻r3和放電電阻r4；所述放電電阻r4與所述開(kāi)關(guān)管串聯(lián)后與所述充放電電容并聯(lián)，從輸入端in輸入的電流經(jīng)所述充電電阻r3為所述充放電電容充電，所述輸入端in經(jīng)電容c3接地；所述輸入端in依次連接上下拉配置模塊和反饋配置模塊后與pwm控制單元的反饋端連接；所述充放電電容連接有輸出端out；

所述pwm控制單元根據(jù)反饋配置模塊反饋的電壓值調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)的快慢，從而調(diào)節(jié)輸出端out的輸出電壓。

進(jìn)一步的，所述充放電電容包括并聯(lián)的電容c1和電容c2。

進(jìn)一步的，所述反饋配置模塊包括電阻r2。

進(jìn)一步的，所述上下拉配置模塊包括電阻r1。

進(jìn)一步的，所述開(kāi)關(guān)管為mos管。

一種電壓測(cè)量方法，它包括以下步驟：

s1、待測(cè)電壓對(duì)電容充電；

s2、pwm控制單元根據(jù)反饋端反饋的待測(cè)電壓信號(hào)，調(diào)節(jié)電容放電頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)電容的輸出電壓；

s3、單片機(jī)根據(jù)電容輸出的電壓按照一定比例放大后得到待測(cè)電壓并顯示。

本發(fā)明的有益效果是：

整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)；封裝體積??；且測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快。

多量程切換電路由pwm控制充放電電容實(shí)現(xiàn)量程內(nèi)的電壓的精準(zhǔn)輸出，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算實(shí)際電壓后顯示，整個(gè)過(guò)程處理簡(jiǎn)單，沒(méi)有過(guò)多的元器件干預(yù)，保證了處理效率和抗干擾能力。

電容c1和充電電阻r3同時(shí)可對(duì)電流濾波，保證了電路中的電壓更加平滑、穩(wěn)定電容c1和電容c2兩級(jí)并聯(lián)后為輸出端out提供了穩(wěn)定的電壓輸出。

反饋電阻r2輸出模擬電壓，保證了無(wú)論反饋輸入端輸入信號(hào)的大小，都能保證單片機(jī)與反饋輸入端連接的管腳正常工作。

上下拉配置模塊用于在不同情況下配置電路的上拉或下拉模式。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明的多量程切換電路原理圖；

圖2為本發(fā)明的電壓表原理圖；

圖3為本發(fā)明的電壓測(cè)量方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1-圖3對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)描述：

如圖1所示，本發(fā)明基于電容充放電的多量程切換電路包括pwm控制單元、開(kāi)關(guān)管q1、反饋配置模塊、上下拉配置模塊、充放電電容、充電電阻r3和放電電阻r4。pwm控制單元是控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷的，圖1中未畫(huà)出pwm控制單元的具體電路，只標(biāo)出了pwm控制端和反饋端detect，pwm控制單元優(yōu)選采用stc12c2052單片機(jī)，當(dāng)然，其他公知的pwm控制電路也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，如利用ne555制作的pwm脈寬調(diào)制電路。開(kāi)關(guān)管q1采用mos管或三極管，優(yōu)選采用mos管。反饋配置模塊用于模擬電壓的輸出，本實(shí)施例中采用電阻r2作為反饋配置模塊。上下拉配置模塊用于在不同情況下配置電路的上拉或下拉模式，優(yōu)選采用電阻r1。充放電電容優(yōu)選采用并聯(lián)的電容c1和電容c2。

所述放電電阻r4與所述開(kāi)關(guān)管q1的管腳3連接，所述充放電電容與放電電阻r4和開(kāi)關(guān)管q1所在的支路并聯(lián)，從輸入端in輸入的電流經(jīng)所述充電電阻r3為所述充放電電容充電，所述輸入端in經(jīng)電容c3接地。所述輸入端in依次連接電阻r1和電阻r2后與pwm控制單元的反饋端detect連接；所述充放電電容連接有輸出端out。

所述pwm控制單元根據(jù)反饋配置模塊反饋的電壓值調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管q1的開(kāi)關(guān)的快慢，從而調(diào)節(jié)輸出端out的輸出電壓。

下面結(jié)合圖2所示的電壓表電路原理圖對(duì)多量程切換電路的具體應(yīng)用做進(jìn)一步說(shuō)明。

一種基于上述多量程切換電路的電壓表包括多量程切換電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、lcd顯示屏和電源模塊。對(duì)于電源模塊，屬于本領(lǐng)域公知常識(shí)，在這里不在贅述。

所述多量程切換電路包括pwm控制單元、開(kāi)關(guān)管q1、反饋電阻r2、上下拉電阻r1、充放電電容、充電電阻r3和放電電阻r4；pwm控制單元是控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷的，pwm控制單元采用stc12c2052單片機(jī)，當(dāng)然，其他公知的pwm控制電路也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，如利用ne555制作的pwm脈寬調(diào)制電路。開(kāi)關(guān)管q1采用mos管。反饋配置模塊用于模擬電壓的輸出，本實(shí)施例中采用電阻r2作為反饋配置模塊。上下拉配置模塊用于在不同情況下配置電路的上拉或下拉模式，采用電阻r1。充放電電容采用并聯(lián)的電容c1和電容c2。

信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括ads1110芯片，ads1110芯片的+in引腳上拉電阻r7，所述上拉電阻r7的兩端分別連接一個(gè)電阻r8和一個(gè)電容c5的一端，電阻r8和電容c5的另一端接地。ads1110芯片的scl引腳與stc12c2052單片機(jī)的p3.3引腳連接，ads1110芯片的sda引腳與stc12c2052單片機(jī)的p3.2引腳連接，sda引腳和scl引腳分別上拉電阻r6和r5后接電源vcc。

放電電阻r4與所述開(kāi)關(guān)管q1的管腳3連接，所述充放電電容與放電電阻r4和開(kāi)關(guān)管q1所在的支路并聯(lián)，從輸入端in輸入的電流經(jīng)所述充電電阻r3為所述充放電電容充電，所述輸入端in經(jīng)電容c3接地。所述輸入端in依次連接電阻r1和電阻r2后與stc12c2052單片機(jī)的p3.4管腳連接。所述充放電電容連接有輸出端out。所述輸出端out經(jīng)過(guò)上拉電阻r7后與ads1110芯片的+in引腳連接。

stc12c2052單片機(jī)與lcd顯示屏連接，respack-8為排阻。本發(fā)明采用的stc12c2052單片機(jī)自帶pwm管腳，當(dāng)然，還可以采用不帶pwm管腳的51單片機(jī)等外接電路實(shí)現(xiàn)pwm控制，該方案也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

單片機(jī)根據(jù)反饋電阻r2反饋的測(cè)量端的模擬電壓調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管q1的開(kāi)關(guān)的快慢，從而調(diào)節(jié)輸出端out的輸出電壓，然后單片機(jī)根據(jù)內(nèi)置算法將輸出端out的輸出電壓計(jì)算出實(shí)際電壓顯示在lcd顯示屏上。

本發(fā)明還提出一種基于上述電壓表的電壓測(cè)量方法，如圖3所示，它包括以下步驟：

s1、將電壓表的測(cè)量筆頭接觸待測(cè)電壓，待測(cè)電壓對(duì)電容c1和電容c2充電。

s2、pwm控制單元根據(jù)反饋端detect反饋的待測(cè)電壓信號(hào)(反饋端反饋的待測(cè)電壓信號(hào)是一個(gè)不精確的電壓值)，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管q1的導(dǎo)通和關(guān)斷頻率，從而調(diào)節(jié)電容c1和電容c2的放電頻率，進(jìn)而調(diào)節(jié)電容c1和電容c2的輸出電壓。

s3、輸出端out輸出的電壓信號(hào)由模擬量變成數(shù)字量后輸送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)電容輸出的電壓按照一定比例放大后得到待測(cè)電壓并在顯示屏上顯示。

舉例說(shuō)明該電壓測(cè)量方法：假設(shè)待測(cè)電壓是115v，反饋端反饋的待測(cè)電壓只是在一個(gè)100v級(jí)別以上的模糊值，可能是110v，而pwm控制單元接收到反饋信號(hào)得知要測(cè)量的是一個(gè)100v級(jí)的電壓，因此會(huì)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管q1的導(dǎo)通關(guān)斷頻率，使電容c1和電容c2的輸出電壓縮小十倍(具體的縮小倍數(shù)可以設(shè)定，如100v級(jí)的縮小十倍，200v級(jí)的縮小二十倍等)，由于電容c1和電容c2的電壓為準(zhǔn)確的待測(cè)電壓，因此，單片機(jī)接收到11.5v的電壓，單片機(jī)將該11.5v的電壓乘10后得到待測(cè)電壓值115v，然后在顯示屏上顯示。

以上所述結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和實(shí)施例作了詳述，但是本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式和實(shí)施例，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出其它若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。