电池电压监视电路的设计与研究

邸彩芸，史 辉

保定电力职业技术学院，河北保定 071051

电池电压监视电路的设计与研究

邸彩芸，史 辉

保定电力职业技术学院，河北保定 071051

电池电压监视电路应用广泛,领域不同所用产品也不同。本文设计的电池电压监视电路类似于数字电压表，适用于8-12V被测电压,数码显示。电路包括模拟和数字两部分。模拟电压转换为数信号，处理后通过数码管显示。测量精度精确到小数点后一位，误差为±0.1V。采用直流供电，具有性能良好，工作稳定等特点。

电池电压监视电路；A/D转换；数码管；译码

0 引言

随着科学技术的不断发展，各种设备对工作电压的要求也越来越高，这就需要电压监视电路对设备工作电压不断进行检测，保证设备正常运行。

电池电压监视电路对采用电池为工作电源的设备的电源进行监视。最初监视电路的显示部分是采用灯光作为信号输出，难以说明设备电源的工作动态，后采用机械表作为显示部分，但读数不方便且精度较低。现今监视电路主要采用数码管显示，精度高，显示直观，便于读数，得到了广泛推广。

本文设计电路适用于电池电压的监视，且被监视电压在8～12V之间。

1 设计方案

对于电池电压的监视电路有几种可行性方案，比如以发光二极管显示确定被测电压的范围；以电子电路配合数码显示；通过单片机编程实现。

本文应用电子电路，以8位ADC作为模数转换电路，数字信号处理采用列表法，通过实际电压值与ADC输出二进制编码的对应关系，应用门电路来完成信号的处理，再经过译码器译码在数码管上显示被测电压数值。显示部分采用三位数码管显示，精确到小数点后一位，其误差为±0.1V。

具体设计框图如图1所示。

图1 电池电压监视电路设计框图

2 设计原理分析

电路分5部分：被测电源电路、A/D转换电路、信号处理电路、译码电路和显示电路。A/D转换电路负责将模拟信号转换成数字信号，其精确度高，测量速度快。信号处理电路将ADC转换来的数字信号取舍转化后，变为与实际电压相对应的信号编码。译码电路采用74LS48七段显示译码驱动器，对处理后的数字信号进行译码。显示电路采用数码管，与前面的译码器相连，用来显示被测电压值。

3 电池电压监视电路

3.1 A/D转换电路

逐次逼近比较式A/D转换是属于直接式A/D变换。其基本原理是用被测电压和一个可变的已知的电压（基准电压）进行比较，直至比较结果相等，达到测出被测电压值的目的。

信号处理电路通过列表（如表1），找规律、计算、取近似值等方式，应用门电路取舍转换使输出编码所对应的电压值与译码器产生对应关系，从而使显示电压值与被测电压值基本相同。（说明：由于数据量较大，数据有取舍,有些数据已取近似值）

信号处理电路分成3部分，即电压值的十位、个位和小数点后一位，与信号处理电路一一对应。

ADC输出 对应电压 ADC输出 对应电压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 信号处理电路数据(表中电压单位V)

3.2 信号处理电路

3.2.1 十位数的数字处理

通过表1中的D7与电压值的十位数数字相对比可看出，当D7=0时，电压值的十位数数字就为0，当D7=1时，电压值的十位数数字就为1，因此只要将ADC的D7位与译码器的A端相连就可达到目的，中间不需要经过任何处理。

3.2.2 个位数的数字处理

由表1可知，ADC的D7与D6位与电压值的个位数数字对应关系如表2所示。

表2 ADC的D7、D6与电压值个位数数字对应表

译码器输入端的B、C端均为0，因此B、C端闲置即可。但当ADC的输出全部为0时，电压值的个位数数字会显示8，因而应用了一个单输入的三态与门，和两块四或门74LS32D构成了一个八输入或门。

3.2.3 十分位数的数字处理

由表1可知ADC的D2、D3、D4、D5与电压值的十分位数数值的对应关系，如表3所示。(注：表中*代表任意值)

译码器输入端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输出端 十分位数字

由表可得译码器ABCD的逻辑表达式，进而得到相应的十分位显示子电路。

3.3 译码电路及显示电路

译码电路采用了三块七段显示译码器74LS48，分别对电压值的十位、个位、十分位进行译码。显示电路采用了两块七段数码管，分别用来显示电压值的十位数和十分位数；一块八段数码管，用来显示电压值的个位数。

4 展望

本文设计电池电压监视电路适用范围较窄，且没有警报功能，因此还有很大改造空间。此功能电路必将向多样化、高性能、高技术方向迅猛发展。

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1674-6708（2010）18-0061-02

邸彩芸，工作单位：保定电力职业技术学院，职务：电工、电子等课程教师，职称：助教，研究方向：电工、电子技术

史辉，工作单位：保定电力职业技术学院电子教研室主任、讲师，研究方向：电子技术类课程理论与实践教学、新能源技术