Цифровой вольтметр

Александр Саволюк, г. Киев
Широко распространенные в настоящее время цифровые мультиметры китайского производства имеют недостаточно высокую точность измерения напряжений, особенно на переменном токе и могут иметь большой разброс показаний, что в ряде случаев недопустимо, особенно на производстве. Более высокоточные приборы, как правило, имеют и значительно более высокую стоимость. Кроме того, радиолюбителям иногда нужны компактные и малогабаритные приборы. Для решения этих задач и был разработан вольтметр, описание которого приведено в настоящей статье.


 
На рис.1 показана схема простого цифрового вольтметра на основе АЦП (аналого-цифрового преобразователя) и микроконтроллера (МК). Вольтметр может использоваться для измерения как постоянного, так и переменного напряжения. В вольтметре использован высокоточный быстродействующий (100 кГц) 16-разрядный АЦП DA3 типа ADS8321. Управление АЦП осуществляется с помощью МК DD1 типа PIC16F84A.
МК DD1 производит считывание информации с АЦП по шинам Dclock, Dout, CS и формирует управляющие сигналы для работы жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) DD2 типа МТ10Т7-7. Микросхема ОА2типа REF195 используется в качестве прецизионного источника опорного напряжения 5 В. С помощью переключателей задается режим работы устройства. Возможные комбинации входных кодов и режимы работы приведены в таблице.
 
Переключатель S2 спаренный с S1 и SO и включается только в режиме измерения постоянного напряжения U(=).
Разработанный вольтметр имеет диапазон входных постоянных и переменных напряжений 0...5 В. При использовании входных делителей напряжения 1/10 и 1/100 можно измерять напряжения до 50 и 500 В соответственно.
При измерении переменного напряжения используется следующая методика. Берется 128 отсчетов мгновенных значений напряжений, результат суммируется и делится на количество отсчетов. При этом получается среднее значение за период измерений. Для пересчета среднего значения в действующее переменное используется известная формула:
Uд=1,1098Uср.
Поскольку для данного типа АЦП кодировка отсчетов выше и ниже 2,5 В различная, то для нижнего полупериода (рис.2) среднее значение пришлось вычислять так:
Ucp=2,5-Uср измер.
 
Все вычисления осуществляются программно с помощью микроконтроллера DD1. Это позволило значительно повысить точность измерений по сравнению с устройствами, построенными на выпрямительных диодах. Используемый аналого-цифровой преобразователь ADS8321 позволяет измерять постоянные напряжения с точностью 0,005%. Дополнив схему входным усилителем для малых сигналов и входными делителями 1/10 и 1/100, можно получить достаточно высокоточный вольтметр.
Автор использовал во входных делителях R1R2 и R3R4 точные резисторы типа С2-29В. Важно, чтобы они обязательно были попарно одинакового номинала. Конденсатор СЗ пленочный (К73-17, К78 или другой аналогичный). Входные зажимы нужно качественно экранировать. Файл прошивки (НЕХ-файл) скачать
Файл прошивки (НЕХ-файл) для программирования контроллера находится на сайте издательства «Радиоаматор» [1].
Ссылки
1. http://www.ra-publish.com.ua/ - сайт издательства «Радиоаматор».
РА 1 '2014

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR