邸彩蕓，史 輝

保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北保定 071051

電池電壓監(jiān)視電路的設(shè)計(jì)與研究

邸彩蕓，史 輝

保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北保定 071051

電池電壓監(jiān)視電路應(yīng)用廣泛,領(lǐng)域不同所用產(chǎn)品也不同。本文設(shè)計(jì)的電池電壓監(jiān)視電路類似于數(shù)字電壓表，適用于8-12V被測(cè)電壓,數(shù)碼顯示。電路包括模擬和數(shù)字兩部分。模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)信號(hào)，處理后通過數(shù)碼管顯示。測(cè)量精度精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，誤差為±0.1V。采用直流供電，具有性能良好，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。

電池電壓監(jiān)視電路；A/D轉(zhuǎn)換；數(shù)碼管；譯碼

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種設(shè)備對(duì)工作電壓的要求也越來越高，這就需要電壓監(jiān)視電路對(duì)設(shè)備工作電壓不斷進(jìn)行檢測(cè)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

電池電壓監(jiān)視電路對(duì)采用電池為工作電源的設(shè)備的電源進(jìn)行監(jiān)視。最初監(jiān)視電路的顯示部分是采用燈光作為信號(hào)輸出，難以說明設(shè)備電源的工作動(dòng)態(tài)，后采用機(jī)械表作為顯示部分，但讀數(shù)不方便且精度較低?，F(xiàn)今監(jiān)視電路主要采用數(shù)碼管顯示，精度高，顯示直觀，便于讀數(shù)，得到了廣泛推廣。

本文設(shè)計(jì)電路適用于電池電壓的監(jiān)視，且被監(jiān)視電壓在8～12V之間。

1 設(shè)計(jì)方案

對(duì)于電池電壓的監(jiān)視電路有幾種可行性方案，比如以發(fā)光二極管顯示確定被測(cè)電壓的范圍；以電子電路配合數(shù)碼顯示；通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。

本文應(yīng)用電子電路，以8位ADC作為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字信號(hào)處理采用列表法，通過實(shí)際電壓值與ADC輸出二進(jìn)制編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)用門電路來完成信號(hào)的處理，再經(jīng)過譯碼器譯碼在數(shù)碼管上顯示被測(cè)電壓數(shù)值。顯示部分采用三位數(shù)碼管顯示，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，其誤差為±0.1V。

具體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 電池電壓監(jiān)視電路設(shè)計(jì)框圖

2 設(shè)計(jì)原理分析

電路分5部分：被測(cè)電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)處理電路、譯碼電路和顯示電路。A/D轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其精確度高，測(cè)量速度快。信號(hào)處理電路將ADC轉(zhuǎn)換來的數(shù)字信號(hào)取舍轉(zhuǎn)化后，變?yōu)榕c實(shí)際電壓相對(duì)應(yīng)的信號(hào)編碼。譯碼電路采用74LS48七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，對(duì)處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼。顯示電路采用數(shù)碼管，與前面的譯碼器相連，用來顯示被測(cè)電壓值。

3 電池電壓監(jiān)視電路

3.1 A/D轉(zhuǎn)換電路

逐次逼近比較式A/D轉(zhuǎn)換是屬于直接式A/D變換。其基本原理是用被測(cè)電壓和一個(gè)可變的已知的電壓（基準(zhǔn)電壓）進(jìn)行比較，直至比較結(jié)果相等，達(dá)到測(cè)出被測(cè)電壓值的目的。

信號(hào)處理電路通過列表（如表1），找規(guī)律、計(jì)算、取近似值等方式，應(yīng)用門電路取舍轉(zhuǎn)換使輸出編碼所對(duì)應(yīng)的電壓值與譯碼器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而使顯示電壓值與被測(cè)電壓值基本相同。（說明：由于數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)有取舍,有些數(shù)據(jù)已取近似值）

信號(hào)處理電路分成3部分，即電壓值的十位、個(gè)位和小數(shù)點(diǎn)后一位，與信號(hào)處理電路一一對(duì)應(yīng)。

ADC輸出 對(duì)應(yīng)電壓 ADC輸出 對(duì)應(yīng)電壓D7～D0 D7～D0 00000000 0 01000000 9.0 00001000 8.1 01001000 9.1 00001100 8.2 01001100 9.2 00010000 8.3 01010000 9.3 00011000 8.4 01011000 9.4 00100000 8.5 01100000 9.5 00101000 8.6 01101000 9.6 00110000 8.7 01110000 9.7 00110100 8.8 01110100 9.8 00111000 8.9 01110000 9.9

表1 信號(hào)處理電路數(shù)據(jù)(表中電壓?jiǎn)挝籚)

3.2 信號(hào)處理電路

3.2.1 十位數(shù)的數(shù)字處理

通過表1中的D7與電壓值的十位數(shù)數(shù)字相對(duì)比可看出，當(dāng)D7=0時(shí)，電壓值的十位數(shù)數(shù)字就為0，當(dāng)D7=1時(shí)，電壓值的十位數(shù)數(shù)字就為1，因此只要將ADC的D7位與譯碼器的A端相連就可達(dá)到目的，中間不需要經(jīng)過任何處理。

3.2.2 個(gè)位數(shù)的數(shù)字處理

由表1可知，ADC的D7與D6位與電壓值的個(gè)位數(shù)數(shù)字對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 ADC的D7、D6與電壓值個(gè)位數(shù)數(shù)字對(duì)應(yīng)表

譯碼器輸入端的B、C端均為0，因此B、C端閑置即可。但當(dāng)ADC的輸出全部為0時(shí)，電壓值的個(gè)位數(shù)數(shù)字會(huì)顯示8，因而應(yīng)用了一個(gè)單輸入的三態(tài)與門，和兩塊四或門74LS32D構(gòu)成了一個(gè)八輸入或門。

3.2.3 十分位數(shù)的數(shù)字處理

由表1可知ADC的D2、D3、D4、D5與電壓值的十分位數(shù)數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表3所示。(注：表中*代表任意值)

譯碼器輸入端D5 D4 D3 D2 D C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 0 1 0 0 1 0 * 3 0 0 1 1 ADC輸出端 十分位數(shù)字

由表可得譯碼器ABCD的邏輯表達(dá)式，進(jìn)而得到相應(yīng)的十分位顯示子電路。

3.3 譯碼電路及顯示電路

譯碼電路采用了三塊七段顯示譯碼器74LS48，分別對(duì)電壓值的十位、個(gè)位、十分位進(jìn)行譯碼。顯示電路采用了兩塊七段數(shù)碼管，分別用來顯示電壓值的十位數(shù)和十分位數(shù)；一塊八段數(shù)碼管，用來顯示電壓值的個(gè)位數(shù)。

4 展望

本文設(shè)計(jì)電池電壓監(jiān)視電路適用范圍較窄，且沒有警報(bào)功能，因此還有很大改造空間。此功能電路必將向多樣化、高性能、高技術(shù)方向迅猛發(fā)展。

[1] 陸綺榮.電子測(cè)量技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007，1.

[2] 鄭步升，吳渭.Multisim 2001電路設(shè)計(jì)及仿真入門與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[3] 劉守義.數(shù)字電子技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

[4] 張著.數(shù)字設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

TM911

A

1674-6708（2010）18-0061-02

邸彩蕓，工作單位：保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，職務(wù)：電工、電子等課程教師，職稱：助教，研究方向：電工、電子技術(shù)

史輝，工作單位：保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子教研室主任、講師，研究方向：電子技術(shù)類課程理論與實(shí)踐教學(xué)、新能源技術(shù)