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基于波形识别技术在电压表中的应用研究 摘要 介绍了一种基于基波（正弦波、三角波、方波）波形识别技术和量程的自动切换开发平台的电压表。通过采用单片机89C51和ADC0809来实现波形的自动识别和量程的自动切换。这种电压表能直接通过LCD字符显示出所测的波形，并免除了在超过当前量程时需要手动转换量程的缺点。这种波形识别技术在智能故障诊断中、心电监护临床医学等中都有应用。相信这种技术在以后的科研工作中有更好的发展前景。 关键词 波形识别 量程自动切换 LCD字符显示 1引 言 数字仪表是把连续的被测模拟量自动地变成连续的、用数字编码方式并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。数字电压表（DMM）是指可直接测量电压参量的仪表，其功能可任意组合并以十进制数字显示被测量的结果，应用十分广泛。与传统的模拟测量仪表相比，避免了人为的“视差”，提高了准确性和可靠性。 传统电压表在测量中，通常都是手动测量，速度慢，工作量大。在数据记录和输入计算的过程中，重复劳动较多，效率不高，而且易引入人为误差。传统的电压表是由专业厂家生产的具有特定功能和仪器外观的测试设备，采用固化了的系统软件，固定不变的硬件电子线路和专用的接口器件，具有固定不变的操作面板，而且功能固定，其系统封闭固定、扩展性能差，用户只能完成单一的或固定的测试工作。而改进后的数字电压表省去了用示波器测量未知波形的波形测量步骤，并通过P89C51和ADC0809等芯片实现量程的自动切换，免去用传统电压表的手动切换量程。用比过去更少的时间开发出功能更强、质量更可靠的产品和系统。这样不但节省人力物力资源，而且测试速度快，准确可靠的优点，并一起达到波形识别也是未来计量测试行业不断发展的趋势。 2 方案设计与论证 2.1 设计要求 识别波形：正弦波、方波、三角波 （2） 输入信号范围：1mV~300V （3） 输入信号频率：10HZ~8MHZ （4） 量程：自动识别、自动切换 （5） 测量精度：+0.5% （6） 用LCD字符显示波形（正弦波、方波、三角波）。 2.2 方案设计 2.2.1 自动量程切换方案 方案一、根据被测量的大小,仪器自动切换到不同量程的传感器上运行。 图2-1是不同量程传感器切换的原理框图。图中仅以两个（也可以是多个）不同量程的传感器为例,说明其工作原理。  图2-1量程传感器切换原量框图 假设1传感器的最大测量范围为M1,2传感器的最大测量范围为M2,且M1 M2 。两个传感器的工作均由单片机控制,程序设计为：仪器启动后总是1传感器先接入工作, 2传感器处于过载保护状态,以免因过载而损坏2传感器。然后根据被测量的大小,确定由哪一个传感器工作。但传感器元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面用单片机控制多组继电器进行量程切换由衰减电阻、切换继电器和运算放大器组成，对应的是衰减1/2、1/3、1/4和无零漂放大50倍，切换电路如图所示。电压变换到0-5V标准信号后，再由A/D转换进行采样，最后由单片机算法还原。采用了八个继电器实现量程的自动切换，其动作由单片机PB口控制，其驱动电路如图所示。 图2-2电压变换电路切换电路图 图2-3驱动电路图 但温度、气压、机械应力等对继电器均有影响，它对使用的环境灵敏性强。并且使用多个继电器使电路更驱于复杂，整个系统的机械噪声大,控制改变放大器的增益。对幅值小的信号采用大增益,对幅值大的信号改用小增益,使A/D转换器信号满量程达到均一化。在本方案中采用单片机判断输入电平的量级，通过通道选择开关，控制前级放大器的增益系数，使其输出符合后级ADC的输入电平要求。 （2-1） 式中代表监测信号与标准信号间的时延；为常数，是实测信号与标准信号的比例系数。由式（2-1）可知，存在一最佳值，使得实测信号与标准信在均方误差最小准则下获得最佳逼近。下面取的时间平均值D来衡量二者之间的相似性，则有： （2-2） 要使D最小，令，求得最佳的，并将其代入式（2-2）中，得到最小的D值为： （2-3） 其中： （2-4） 式（2-4）中，定义为相关系数，称之为相关函数。对于能量有限的确定性信号，式（2-4）中分母是一常数，起到归一化的作用，由许瓦滋（Schwartz）不等式可知｜｜1。显然，越大，则D越小，实测