本设计以AT89C52为核心，以液晶显示作为人机交互界面，用按键选择功能。电压测量部分包括衰减及放大、真有效值直流(RMS-DC)变换、12位A/D转换等三个主要组成部分。

　　方案一：方案一结构框图如图1所示。用传统的方案做成晶体管毫伏表，该方案中被测交流信号经高阻分压器、射极输出器、低阻分压器后送到放大器，放大后的信号再经检波后由指示器指示，低阻分压器选择不同的分压系数，使仪表具有不同的量程。输入级采用低噪声晶体管组成的射级输出器，提高了仪表的输入阻抗，降低噪声。放大器具有高放大倍数，从而提高仪表的灵敏度。该方案具有隔直流功能，但是测量精度低、频率特性差。

　　方案二：方案二结构框图如图2所示。该方案是先将被测信号在幅值上处理后，经过全波整流，再滤除杂余信号后经过测量装置再显示，此时考虑的是整流问题，在这里容易产生噪声，所以需用电容滤波。此方案电路处理简单，但是测量误差大。

　　方案三：方案三结构框图如图3所示。被测信号在接入电路时，经过放大小幅信号和使大幅信号衰减，在选择放大和衰减的问题上我们采用LTC6800反向输入放大器来选择档位，使其达到真有效值转换器件(RMS_DC)LTC1967可以读出的电压范围。由LTC1967把得来的模拟真值送给A/D转换，由A/D转换把模拟量转为单片机可以识别的数字量，然后用液晶来显示，同时反馈给换档调节装置，使其自动换档。该方案可控性好，精度高，而且频率特性好。

　　综合以上三种方案，我们选择方案三。此方案电压测量范围为10mV～200V，测量电压的频率范围可以达到10Hz～100kHz，而且具有自动量程转换功能，运放用的电阻大于1M，运算放大器的电容不大于50pF，所以此方案满足输入电阻1M和输入电容50 pF的要求。在程序上我们可以实现超量程液晶自动闪烁报警功能。

　　在测量电路和信号输出电路中，我们选择线性稳压电源，由于我们采用分立供电，所以电源输出电流不大于1A，因此在不同的输出值上我们分别选择7805、7905型号的稳压电源，基本原理如图4所示。

　　考虑到要测的信号的幅值为10mV～200V，一般的测量仪器及运算放大器都达不到这个范围，所以首先要对信号进行降压处理。对于不同幅值范围的电压要有不同变压处理(即分档)。

　　方案一：直接用变压器进行放大衰减处理，电路比较简单，容易实现，但是电噪声比较大，很可能产生不可以消除的失真，而且体积很大，不易携带，这样对整个系统的测量精度有很大的影响。

　　方案二：用精密的电阻进行衰减，用运放进行放大，在很大程度上可以降低失真度，同时便于换挡，而且在这种电路中产生的失真也容易消除。

　　鉴于这两种方案的比较，方案二明显在调节和成品的使用上优于方案一，这样在制作的过程之中，易于调试，而且在性能上也可以很好的实现，所以我们选择方案二。

　　方案一：分压后用精密整流桥整流后经过采样保持再把数据送入A/D转换。该方案在测量频率比较高的波形时，会出现采样不是最大的幅值，此时就会要求采很多的点， 然后取平均值，再经过MCU处理。为了保证足够的精度，采样间隙应该尽量的短，因而要求A/D转换器采样速率要求非常高，相应的处理速率也要求比较高。

　　方案二：采取真有效值转换器件LTC1967对放大衰减后的信号进行处理后进入AD，经过51单片机分析处理，要求一般速度较快的AD器件即可。

　　方案一：采用LED显示。LED可以用移位寄存器74164或者专用芯片MAX7219 驱动，优点是控制比较简单，而且串行显示只占用很少的I/O口。但也有一个很大的缺点，只能显示一些简单的ASCII码字符，显示的信息量十分的有限，对于本系统较复杂的功能不太适合。

　　方案二：采用字符型LCD显示。字符型LCD也可以采用74LS164通过同步串口驱动。优点是控制比较简单，而且串行显示只占用很少的I/O口，如图6所示。

　　经过综合考虑我们的显示部分选择方案二，考虑到显示的内容，我们选择型号为1602的液晶，因为其在满足题目要求的基础上，显示的信息更广，而不只是几个电压数字。人机交换界面更加人性化。

　　我们采用了模拟开关电路来控制电路状态，实现参数的自动测量和输出频率转换。在测量时，一次测量号后，等待下一次测量的指令，然后再进行下一次的测量，如果一开始就超量程，那么液晶就会闪烁。这样就很好的保护了整个换档电路，虽然不能一直测量，但是我们可以在不同的点上取样，这样对一些特殊电路非常实用(如图8、9、10)。

　　在放大和衰减部分，主要由电阻来确定，放大部分和衰减部分各分两档，衰减倍数分别为50倍，5倍，增益部分分别为2倍，20倍。放大部分电路经过精确计算得到电阻参数。如图15所示，因为考虑到LTC1967的转换电压，所以我们把量程分别为：10mV~200mV， 200mV~2V，2V~20V，20V~200V，经过转换后的电压范围都在200mV~4V之间。

　　根据其精度的计算，我们对LTC1967的参数的选择如图12所标注的参数值一致。使其输入信号为10Hz~100kHz的时候达到最精。

　　为了有效的防止衰减，我们用LTC6800作为信号放大器，电路图如图13所示，由其单位增益带宽根据经验公式可以得出10Hz~100kHz的通带带宽，而且我们实际结果也是如此。

　　图14是我们设计的供电电源模块原理图。模块中间部分的稳压块采用78/79系列的代替(其中的78和79系列我们分别选取7805、7905、这样使电源分立供电,以尽量减少误差)。考虑到电源整个电路系统的功率问题，我们采取分立供电。

　　自动量程转换用模拟开关电路来解决，此过程中，单片机系统对测量值进行判断选择合适的档位进行电压的测量。在判断过程中，直到输入待测值在某个档位上时，这个档位的继电器才会闭合，使输入信号进入测量系统。

　　我们的单片机最小系统采用的89C52单片机，由于我们的I/O 接口不够用，所以我们用以下电路进行I/O扩展。

　　测试方法：先用数字示波器对输出信号进行测量，结果可以从测量中看出波形没有失线V不变，而且输出的频率可以预置， 即可以用它来校正我们自制的交流毫伏表。

　　在正式测试之前先用自制的信号输出对其校正，结果和输入实际值一样，我们就进入实测，用变频电源信号输入测试系统，同时接上示波器，测试结果一样，证明我们的交流毫伏表示达到要求的。

　　测试仪器主要有：变频电源；TDS1012数字示波器；TOP851编程器；电位差计；仿真器；万用表等等。

　　为了保证测量系统和输出信号系统的精度和准确，同时为了减少测量相对误差，我们经过测试，得到以下若干组数据，最后用发生器对测量系统进行自校准。测量数据如下：

　　2 对电压测量系统进行电压检测，主要由变频电源对测量系统输入信号，测量结果如表2(测量部分为了方便只取三位有效数字)。

　　通过上述测试数据，可以得出，电压测量系统的误差范围在2%1个字，而信号输出的电压误差范围为5%，其输出频率误差在2%以内，所以当输出信号作为自检信号输入测量系统进行测量时，误差范围在5%2个字。

　　测量系统的误差主要来自变压系统的误差、真有效值转换时的误差以及A/D转换后在单片机系统内出现的误差。变压系统主要有比值不可以精确计算，同时运算放大器存在温漂等不确定因素，同时由于真有效值转换的精度本身就影响测量结果，另外单片机处理时也存在误差。

　　系统要测量信号有强有弱，最小数量级可达10mV，增益高，非常容易受干扰和产生自激。因此抗干扰措施必须做的很好，才能避免自激，减小噪声，提高测量精确度。通过理论分析和实验，我们采用下述方法减小干扰，避免自激。

　　2．模数隔离。由于数字电路有非常大的高频对地干扰，非常容易对模拟 电路产生影响。在电路板制作中我们采用了模拟地数字地一点接地。

　　3．电源隔离。由于系统要有 供电，其中继电器的开关噪声非常大，我们采用了完全的独立电源供电，有效减小对主测量电路的影响。