自动量程切换电路案例分析
方案1（pga202）：
如图所示为由pga202与比较器、计数器构成的自动量程切换电路。该电路采用比较器在输出端与vout 进行比较，当vout vref=10v时，比较器输出“降”信号，升/降计数器输出2bit编码pga202的a0、a1端，使pga202的增益下降；当vout ［1kω/（1kω 10kω）］×10v=0.909v时，比较器输出“升”信号，升/降计数器输出2bit编码到pga202的a0、a1端，使pga202的增益增大；当0.909vvout10v时，增益保持不变
方案2（4066）：
方案3：
u1（lm324）为四运放ic1，u1-1/4与u1-2/4的作用是发生被测电压极性识别信号与控制u2的信号通道。u1-3/4构成程控放大电路，对被测电压进行10，1，1/10，1/100的放大或衰减。u1-4/4为反相放大器，用于调剂输出电压幅度以满足a/d转换器正常工作要求;
u2（sgm522）为二通道模拟开关ic，实现正、负极性的被测电压分通道传输，以便对负极性信号实施反相措置;
u3（c4066）为四通道模拟开关ic，在量程自动控制信号的作用下，实现让不合量程的电压分通道传输，以便配合u1-3/4电压进行幅度变换;
u4（lm339）、u5（74ls05）、u6与u7（74ls21）组成自动量程控制信号发生电路。其中，u4为四斗劲器ic，用于确定各量程的丈量规模，u5为四反相器，对高或低电平实施反相变换，u6、u7均为四输入双与门ic，通过逻辑运算获得自动量程控制信号；
u8（c14433）为双积分式a/d转换器（又称双斜式a/d转换器），转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂抵偿的3位半（bcd码）单片双积分式a/d转换功能，转换速率为3～10hz，转换精度为±1lsb，模拟输入电压规模0～±1.999v或0～±199.9mv，输入阻抗大于100mω。mc14433转换结果以bcd码形式，别离按千、百、十、个位由q0～q3端输出，相应的位选通信号由ds1～ds4提供；
u9（mc14511b）为译码集成电路，将bcd码译码成十进制信号，控制数码管的位显示；
u10（mc1413）为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。
电路工作原理
（1）被测电压的ux极性判断与变换电路工作原理：电路由2个过零电压斗劲器、一个反相器和双向限幅电路组成，当ux极性为“+”时，u1-1/4输出高电平，在c+的控制下被测电压通过u2的第一通道。u1-2/4输出低电平，c也为低电平，u2的第二通道欠亨；当ux极性为“-”时。u1-2/4输出高电平，在c的控制下被测电压通过u2的第二通道，并通过u5-1-4完成反相变换。u1-1/4输出低电平，c+使u2的第一通道欠亨。v1，v2为双向限幅二极管，用于限制加到u1-1/4与u1-2/4输入真个电压幅度。
（2）多路模拟开关和程控放大电路工作原理：电路由c4066，u1-3/4，r4～r7等组成。设r1～r3通道等效电阻为r1～3，其巨细可设置为100kω，当b1为高电平时，多路模拟开关c4066的i1～o1通道接通，运放u1-3/4的反馈电阻r4取1mω，对ux放大10倍后送入a/d转换器的输入端。若a/d转换的电压满度值为2v，则可丈量0～±200mv的电压。同理，当量程转换控制信号b2，b3，b4别离为高电平时，c4066对应的通道接通，当u1-3/4的反馈电阻r5，r6，r7别离取100kω、10kω、1kω时，r5使±200mv～±2v的电压直接通过，r6使±2～±20v的电压衰减10倍后通过，r7使±20～±200v的电压衰减100倍后通过。再将某一路输出电压经u1-4/4反相放大，使与实际被电压极性一致，并可通过r16调度电压放大倍数（-r16/r15），保证a/d转换电路正常工作所需的输入电压。
（3）量程自动转换控制电路工作原理：量程自动转换电路由四4斗劲器u4、3个反相器（u5内）、2个四输入双与门u6与u7、分压电阻r10～r14等组成。由于设置r1～3为100kω，选择r8（470kω可调）与r9（5kω）使ux在r9上的分压比为1/100，经分压后加到各斗劲器的反相输入端。当ux别离为±200mv，±2v，±20v，±200v时，分电压值别离为2mv，20mv，0.2v，2v。同时，由r10～r14（电阻值如图2中所示）对vcc分压获得各斗劲器的参考电平也别离为2mv，20mv，0.2v，2v，并别离加至各斗劲器的同相输入端。当被电压ux到达某量程的满刻度值时，使斗劲器的输出电平由高变低，通过组合逻辑电路发生量程自动控制与标志信号（高电平有效）。若ux位于0～±200mv，u6-1/2输出高电平，获得有效量程控制信号b1，其余b2～b3为低电平；同理，当被测电压别离在±2v，±2～±20v，±20～±200v规模时，u6-2/2、u7-1/2、u7-2/2别离输出高电平，获得量程控制信号b2、b3和b4，状态转换表如表1所示。
逻辑表达式别离为：b1=w.x.y.z，b2=
为超量程标志信号。
（4）被测电压极性、小数点位置与超量程的指示信号：被测电压极性显示控制信号由u1-2/4提供，用输出的高或低电平控制“-”或“+”号的显示；小数点位置控制信号由量程自动转换控制信号实现，b1的高电平用于显示丈量规模为0～±200mv的小数点位置，b2的高电平用于显示丈量规模为±200mv～±2v的小数点位置，b3的高电平用于显示丈量规模为±2～±20v的小数点位置，b4的高电平用于显示丈量规模为±20～±200v的小数点位置，当被丈量电压规模在±200v以外时，不用小数点；超量程指示信号由b4的低电平实现，当b4为低电平时，表白被测电压跨越了±200v的最高上限。
（5）a/d转换、译码、显示电路工作原理：用u1-2/4输出的信号控制数码管最高位“g”段的亮与不亮，实现极性“-”显示。当u4的4个斗劲器都输出高电平量，便发生了超量程情况，可用它们发生报警与超量显示信号（本系统未考虑）。当程控放大器输出的信号加到u8的3脚，将模拟电压转换为bcd码，并由20、21、22、23脚输出，经u9译码为千、百、十、个四位十进制数，同时，由u8的16、17、18、19脚输出对应的选通信号，共同控制数码管显示丈量结果。
结语
本丈量系统运用与门、反相器、斗劲器、多路模拟开关集成电路（c4066）等数字集成电路巧妙组合获得了被电压极性判断、量程自动转换、信号幅度变换、小数点位置显示控制、超量程显示与报警信号。电路结构设计看似复杂，但分立元件少，成本低。具有设置量程便利、电压丈量规模宽、功能相对自力且容易扩展、工作稳定可靠等优点，值得借鉴。
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u8（c14433）为双积分式a/d转换器（又称双斜式a/d转换器），转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂抵偿的3位半（bcd码）单片双积分式a/d转换功能，转换速率为3～10hz，转换精度为±1lsb，模拟输入电压规模0～±1.999v或0～±199.9mv，输入阻抗大于100mω。mc14433转换结果以bcd码形式，别离按千、百、十、个位由q0～q3端输出，相应的位选通信号由ds1～ds4提供；
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u10（mc1413）为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。
电路工作原理
（1）被测电压的ux极性判断与变换电路工作原理：电路由2个过零电压斗劲器、一个反相器和双向限幅电路组成，当ux极性为“+”时，u1-1/4输出高电平，在c+的控制下被测电压通过u2的第一通道。u1-2/4输出低电平，c也为低电平，u2的第二通道欠亨；当ux极性为“-”时。u1-2/4输出高电平，在c的控制下被测电压通过u2的第二通道，并通过u5-1-4完成反相变换。u1-1/4输出低电平，c+使u2的第一通道欠亨。v1，v2为双向限幅二极管，用于限制加到u1-1/4与u1-2/4输入真个电压幅度。
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为超量程标志信号。
（4）被测电压极性、小数点位置与超量程的指示信号：被测电压极性显示控制信号由u1-2/4提供，用输出的高或低电平控制“-”或“+”号的显示；小数点位置控制信号由量程自动转换控制信号实现，b1的高电平用于显示丈量规模为0～±200mv的小数点位置，b2的高电平用于显示丈量规模为±200mv～±2v的小数点位置，b3的高电平用于显示丈量规模为±2～±20v的小数点位置，b4的高电平用于显示丈量规模为±20～±200v的小数点位置，当被丈量电压规模在±200v以外时，不用小数点；超量程指示信号由b4的低电平实现，当b4为低电平时，表白被测电压跨越了±200v的最高上限。
（5）a/d转换、译码、显示电路工作原理：用u1-2/4输出的信号控制数码管最高位“g”段的亮与不亮，实现极性“-”显示。当u4的4个斗劲器都输出高电平量，便发生了超量程情况，可用它们发生报警与超量显示信号（本系统未考虑）。当程控放大器输出的信号加到u8的3脚，将模拟电压转换为bcd码，并由20、21、22、23脚输出，经u9译码为千、百、十、个四位十进制数，同时，由u8的16、17、18、19脚输出对应的选通信号，共同控制数码管显示丈量结果。
结语
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