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积分式直流数字电压表的设计 摘要：在不采用专用A/D转换器芯片的前提下设计积分式直流数字电压表，设计采用压频（V/F）变换器LM331将预处理后的电压转化成相应的频率，通过单片机80C51测得频率，经过压频变换的线性度比例软件处理后LED显示。预处理部分采用了程控放大器PGA100对不同的信号放大满足线性度要求。为了节省端口，LED驱动显示采用SPI接口芯片HD7279A。 关键字：LM331；80C51；PGA100；HD7279A Abstract：By converting preprocessed voltage into frequency using V/F converter LM331, the frequency is obtained by microprocessor 80C51, after V/F conversion linear proportional software disposing voltage displays on LED ,a integral direct digital voltmeter is designed without A/D converter chip.PGA100 which meet the demand of different signal is used in preprocess part. To save ports, SPI interface chip HD7279A is used in LED display drive. Keywords: LM331；80C51；PGA100；HD7279A 一、设计的总体结构框图 二、信号预处理——程控增益放大器PGA100 A5 A4 A3 增 益 A2 A1 A0 通 道 0 0 0 1 0 0 0 IN0 0 0 1 2 0 0 1 IN1 0 1 0 4 0 1 0 IN2 0 1 1 8 0 1 1 IN3 1 0 0 16 1 0 0 IN4 1 0 1 32 1 0 1 IN5 1 1 0 64 1 1 0 IN6 1 1 1 128 1 1 1 IN7 图1 PGA100引脚图 表1 增益与通道选择方式 为了提高测量的精度，智能化控制仪表应能自动转换量程。而且为了使不同信号输入LM331时都必须满足其线性度要求，对不同信号选择不同的放大增益。所以信号预处理必须选用程控增益放大器来实现。采用程控放大器后，可通过单片机反馈控制来改变放大器的增益，对幅值小的信号采用大增益，对幅值大的信号采用小增益，使进入V/F转换器的信号满量程达到均一化。程控放大器的反馈回路包含有一个精密梯形电阻网络或权电阻网络，使其增益可按二进制或十进制的规律进行控制。一个具有3条增益控制A5、A4、A3线的增益放大器，具有8种可能的增益。PGA100是一种多路输入的程控放大器芯片，它将多路转换输入和程控放大增益集中在一个芯片内，这对于小信号多路数据采集系统来说特别适用。PGA100的主要特性是增益线性度高，非线性小，稳定时间短，通道之间干扰小，有8个二进制的增益控制（*1*2*4*8*16*32*64*128）。其图1所示为PGA100引脚排列，引脚A0-A2用来选择输入通道，引脚A4-A5用来选择增益，选择方式如表1所示。图中通道选择由P1.1~P1.3决定，放大倍数选择由P1.4~P1.6决定。CP上升沿使必威体育精装版设置的通道号与增益生效。 三、电压—频率转换 　 V/F转换技术是A/D转换的另一种形式,其作用是把模拟量变成频率。伴随半导体技术的发展,V/F 变换器的性能不断提高, 成本越来越低, 其价格不足普通A/D转换器的二十分之一,在低速数据采集系统中,是一种既简单又便宜的A/D转换电路。 V/F变换器电路选择性能价格比良好的LMX31系列中的LM331 芯片用做V/F变换器。LM 331的动态范围宽1HZ~100KHZ；线性度好，最大非线性失真小于0.01%。工作频率低到11Hz时尚有较好的线性;变换精度高,数字分辨率可达12bit;外接电路简单,只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路, 并且容易保证转换精度。LM331引出脚8个，能够在单一+5V电源下工作。此外， LMX31系列采用温度补偿基准电路，在电源电压波动的情况下工作稳定，且在允许的温度范围内精度—温度特性可达℃，LMX31 系列芯片典型应用引脚连接图如图2所示。LM331内部由输入比较器、定时比较器、R2S 触发器、输出驱动管、复零晶体管、能隙基准电路、精密电流源电路、电流