AD5242是双通道具有256抽头数字控制可调电阻器件，在A端与滑动端W之间或B端与滑动端W之间的阻值可编程。A端与B端的固定阻值为10K或100K(本系统选100K)，具有1％信道对信道的匹配公差。滑动端W在系统上电时的默认值为中间抽头处，上电后，电位器滑动端W的位置可通过与I2C相兼容的两线串口进行编程，两个可编程逻辑输出端可为用户提供驱动数字负载、逻辑门、LCD驱动器和模拟开关等功能。具有特点：
(1)256抽头，10kΩ/100kΩ两阻值电位器。 (2)温度系数为30ppm/℃。 (3)上电复位于中间抽头。
(4)单供电2.7V～5.5V工作或双供电±2.7V(AC)工作或双极性操作。 (5)具有I2C兼容接口。 (6)具有外部可编程逻辑输出。 (7)自身包含关闭功能。
(8)工作环境温度为－40℃～+105℃。
图3 放大电路连线图
放大电路的连线图如图3所示，以数字电位器AD5242作为精密运算放大器INA141的反馈电阻，这样可根据输入信号的幅度大小，选择不同的放大倍数，
实现量程的自动转换。芯片AD5242具有两个非易失性数控电位器单元，每个单元有256个可以被滑动单元访问的抽头点，单片机可通过AD5242的串行接口(SCI，SDA)改变任意一个电位器的输出阻值。在本系统中，通过对不同信号幅度的判断，来调整AD5242的电阻值，使运算放大器的放大倍数改变，保证系统工作于最佳线性状态，并实现了量程的自动转换。
在多路信号检测过程中，多个通道共用一个放大器，信号经放大器处理后至A/D转换器。由于各个输入量送到放大器的信号电平不同，放大器的增益也应不同。即使对于单通道的信号输入，如果该信号的变化范围较大，当放大器增益固定时，也常出现小信号得不到有效放大而降低A/D转换精度的情况。如用某热电偶测量温度，当温度变化范围为700℃～1000℃时，传感器输出电压为20μV～50mV，为使上限不超过A/D转换器的最高输入电压（假设是5V），放大器增益最大选为100，则放大后的信号电压为2mV～5V，显然，2mV左右的信号转换结果为数少，精度低。一般情况下，应使被转换量落在A/D转换线性特性区间之内，并尽可能使模拟量在1/2满度与接近满度的区域中转换。解决的方法就是对小信号输入采用高放大倍数，对大信号输入采用小放大倍数，即根据未知参数量值的范围，自动地选择合适的增益，以切换到合适的量程。
过去实现量程自动转换的方法是在采集通道中设置可变增益放大器，借助量程转换开关，控制其通断，获得所需要的量程。这样的设计转换速度慢，档位设置简单，精度低，势必对系统的精度和和快速响应造成影响。所以本设计采用了以数字电位器代替量程转换开关的方法，用数字电位器作为仪表放大器的反馈电阻，这种数字电位器阻值变化台阶多，调整灵敏度高，对提高仪表测量精度效果非常好。而且可以由单片机对其直接编程控制，也使电路进一步简化，因此，数字电位器在新型测量仪表的量程变换电路中，被广泛的应用
2.3 A/D转换器：
模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考
信号的大小。
4.3.1模数转换原理概述:
随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号， 然后再转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。
4.3.2多路开关与A/D转换电路
A/D 转换器选择
目前，计算机接受的信息只能是数字量。A/D转换器的功能是将任意模拟信号，如电压或电流，按一定的位数变换成数字代码。因此，A/D转换器是连接模拟世界与数字世界的桥梁，它担负着将模拟信号变换成适合数字处理的二进制代码的任务。随着设计技术的提高和加工工艺的改进，A/D 转换器的转换速度越来越高。目前，8位A/D转换器的转换速度已经达到1.5GHz；并且，有些A/D 转换器还可以工作在欠采样状态。本设计中，（选用器件）A/D转换器选用功能强大的12位的AD678。
AD678的介绍：是美国AD公司生产的200kHz的12位A/D转换器。它主要由高速采样保持放大器、ADC5V基准源、时钟产生电路、控制逻辑和数字量输出接口等组成。
要让交流电模拟量信号采样到单片机进行数据处理，必须经过A/D转换电路，设计中，需要对电压、电流两路信号进行采样，所以设置一个多路开关CD4051对信号进行选通。
模拟开关与A/D转换电路部分
电路如图4所示，通过多路开关CD4051选择输入信号，A/D转换器选用功能强大的12位的AD678，它内部含有采样/保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件，应用时只要很少的外部元件。本设计将其接成双极性输入方式，输入电压范围±5V，输出为二进制补码，完成一次A/D转换
只需5μs。它们之间用跟随器隔离，这样整个电路系统避免了采样的孔径时间以及器件间互相影响引起的误差，保证了系统测量精度。
2.4
波形变换电路
通过放大电路放大后的正弦交流电信号，电压幅值被限制在0V～5V之间，但是这样的信号属于模拟信号，是不能直接送入单片机中进行数据处理的，为此设计中首先通过波形变换电路，将正弦交流电信号转换成方波信号，而方波信号符合数字信号高低电平的特点，可以直接输入到单片机中，而无须再次经过数/模转换。波形变换电路由过零比较器、反相器及与非门组成，用于相角的测量。
波形变换电路由过零比较器、反相器及与非门组成，用于相角的测量。电路如图所示。电压、电流信号通过比较器后变成方波信号，分别送至单片机的I/O口，由单片机计数测出其波形宽度计算出相位差，从而达到测量交流电功率因数的目的。
图5 波形变换电路 从而实现了波形变换功能。
2.5.1多路开关选择
多路开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输人端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状态。（优点）由于模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点，因而，在自动控制系统和计算机中得到了广泛应用。多路开关的作用主要是用于信号切换，如在某一时刻接通某一路，让该路信号输入而让其它路断开，从而达到信号切换的目的。
2.5单片机
单片机选用低功耗，高性能的CMOS型的8位机AT89C52。它含有8K字节的内存，256字节的RAM，具有可编程的串行口、8个中断源及掉电方式。采用虚拟I2C总线技术，外扩了存储器，选用256×8静态RAM：PCF8570C，它的器