具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种电压测量装置，该装置包括固定增益放大器10、可调增益放大器11、第一模数转换器20、第二模数转换器21以及处理器30。最大量程测量单元，包括连接的固定增益放大器10和第一模数转换器20。固定增益放大器10用于将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器20用于测量固定增益放大器10缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。可调量程测量单元，包括连接的可调增益放大器11和第二模数转换器21。可调增益放大器11用于将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器21用于测量可调增益放大器11缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程。处理器30，分别与第一模数转换器20、可调增益放大器11和第二模数转换器21连接。

如图2所示，处理器30用于执行如下步骤：

S100，当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

S110，控制可调增益放大器将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应。

S120，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长内，输出第一电压值。

上述电压测量装置中，将固定增益放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。同时将可调增益放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。由于可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，并且可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程，因此可调量程测量单元可以实现一个小量程范围内电压的精确测量，而最大量程测量单元可以实现最大量程范围内电压的粗略测量。当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，可以确定可调量程测量单元的目标测量量程，并且控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标测量量程相对应，从而实现自动切换可调量程测量单元的测量量程。而且当可调增益放大器在调整可调倍数时或缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

示例性地，固定增益放大器10为LTC6431-15型放大器，或者LTC6430-15型放大器，或者放大芯片LM324。

示例性地，可调增益放大器11为可编程增益放大器(PGA，Programmable GainAmplifier)。优选地，可调增益放大器11可以为美国微芯Microchip公司生产的MCP6S21芯片、MCP6S22芯片、MCP6S26芯片、MCP6S28芯片中的一种，也可以为美国模拟仪器公司AnalogDevices生产的AD8321芯片、AD8250芯片中的一种。

示例性地，第一模数转换器20和第二模数转换器21可以为ADC0808、AD7678、AD9221、AD9223、AD9220中的一种。

示例性地，处理器30可以为中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等中的一种。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器。

在一个实施例中，如图3所示，处理器30用于执行如下步骤：

S200，判断第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内，则执行步骤S220；若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程外，则执行步骤S210。

具体地，处理器30用于，确定第一电压值是否大于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值；若第一电压值大于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值或小于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值，则确定第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程外；若第一电压值小于可调量程测量单元的最大测量量程的上限值且大于可调量程测量单元的最大测量量程的下限值，则确定第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内。

S210，输出第一电压值。

具体地，在执行步骤S210后，再次执行步骤S200。即输出第一时刻测量得到的第一电压值后，确定第二时刻测量得到的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。其中，第二时刻在第一时刻后。

具体地，输出第一电压值后，会接收到新的待测信号，此时可以重新判断当前最大量程测量单元测得的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内，即在执行步骤S210后，再次执行步骤S200。

S220，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的当前测量量程内。若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内，则执行步骤S230；若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外，则执行步骤S240。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例。当第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内。当第二电压值在第二模数转换器21的当前测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外。

S230，根据第二电压值，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第二比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的第二比例；将筛选出的第二比例中的最大比例对应的测量量程，确定为可调量程测量单元的目标测量量程；其中，比例上限为，确定第二电压值是否超过可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；比例下限为，确定第二电压值是否低于可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

S240，根据第一电压值，确定可调量程测量单元的目标测量量程。

具体地，处理器30用于，确定第一电压值在可调量程测量单元的各个测量量程中所占的第一比例；筛选出小于比例上限且大于比例下限的第一比例；将筛选出的第一比例中的最大比例对应的测量量程，确定为可调量程测量单元的目标测量量程。其中，比例上限为，确定第二电压值是否超过可调量程测量单元的测量量程上限的判断基准；比例下限为，确定第二电压值是否低于可调量程测量单元的测量量程下限的判断基准。

S250，控制可调增益放大器将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应。

S260，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长内，输出第一电压值。

示例性地，设定时长大于可调增益放大器11将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应需要的最长时间。例如，可调增益放大器11切换增益档位的动作时间为3毫秒，为了确保可调增益放大器11切换档位的动作完毕，设定时长可以为5毫秒。

S270，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长外，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程内、以及目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程。若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程外，或目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S200；若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程内，并且目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则执行步骤S280。

具体地，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程外，包括如下步骤：将第二电压值和可调量程测量单元的测量量程的最小值的差值，除以可调量程测量单元的测量量程的最大值和最小值的差值，确定为第二电压值在可调量程测量单元测量量程中所占的比例；当第二电压值在可调量程测量单元当前测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内；当第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程外。

判断目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，包括如下步骤：将第二电压值和可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程的最小值的差值，分别除以对应的测量量程的最大值和最小值的差值，确定第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例；若第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程不是目标测量量程，则确定目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；若第二电压值在可调量程测量单元的各个可测量第二电压值的测量量程中所占的比例中的最大比例所对应的测量量程是目标测量量程，则确定目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程。

具体地，可调量程测量单元的可测量第二电压值的测量量程中，第二电压值所占的比例最大的测量量程，即为可测量第二电压值的最小测量量程。测量得到的第二电压值已经是电压测量装置可以测量出的最精确的数值。

S280，输出第二电压值。

具体地，在步骤S280执行后，执行步骤S270。即输出第一时刻测量得到的第二电压值后，确定第二时刻测量得到的第二电压值是否在目标测量量程内，且目标测量量程是否为第二时刻测量得到的第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程；其中，第二时刻在第一时刻后。

在本实施例中，首先判断第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内，如果不在，则代表可调量程测量单元无法测量待测信号，只有最大量程测量单元测量出的第一电压值才是准确的，因此，直接输出第一电压值。然后接收下一时刻的待测量电压信号，重新判断下一时刻的待测量电压信号是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。

若第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内，则进一步判断第二电压值是否在可调量程测量单元的当前测量量程内，若第二电压值不在可调量程测量单元的当前测量量程内，则代表第二电压值不准确，因此，根据第一电压值确定可调量程测量单元的目标测量量程，目标测量量程即可调量程测量单元所有量程中，能够测量第一电压值并且不超过量程范围的最小量程。

若第二电压值在可调量程测量单元的当前测量量程内，则代表此时的第二电压值是精确的，因此，根据第二电压值确定可调量程测量单元的目标测量量程，目标测量量程即可调量程测量单元所有量程中，能够测量第二电压值并且不超过量程范围的最小量程。

确定了目标测量量程之后，就控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标测量量程对应，即将当前的测量量程切换为目标测量量程。

然后在确定目标测量量程后的设定时长内，输出第一电压值，这样在处理器控制可调增益放大器进行切换量程的过程中，依旧能保持对电压的测量。

然后在确定目标测量量程后的设定时长外，判断第二电压值是否在可调量程测量单元的目标测量量程内、以及目标测量量程是否为第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程外，或目标测量量程不是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时的第二电压值不准确，或者第二电压值还可以用可调量程测量单元的更小的测量量程来进行测量，即当前的第二电压值的测量精度还可以更高，就不采用当前的第二电压值，而是重新判断当前的第一电压值是否在可调量程测量单元的最大测量量程内。若第二电压值在可调量程测量单元的目标测量量程内，并且目标测量量程是第二电压值的所有测量量程中的最小测量量程，则代表此时的第二电压值已经是电压测量装置可以测量出的最精确的数值，所以输出第二电压值。

通过将设定时长的时间设置为大于切换量程的最长时间，确保可调增益放大器在设定时长之后，完成了量程切换的动作。

该装置可以根据待测信号自动切换测量的量程为，待测信号不超过量程和范围的最小量程，即该装置能够测量待测信号的最精确的量程。从而可以根据待测信号自动切换量程为最佳量程，保证了测量的精确性，并且当可调增益放大器在调整可调倍数，或缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

具体地，处理器30用于，确定第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例在比例上限和比例下限之间时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21的测量量程内；当第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例大于比例上限或者小于比例下限时，确定可调增益放大器11缩放后的待测量信号在第二模数转换器21选择的测量量程外。

通过这样的方式，判断可调增益放大器缩放后的待测量信号是否在第二模数转换器的测量量程外，从而确定可调增益放大器是否超量程，进而确定采用可调增益放大器输出的第二电压值是否可靠准确。

示例性地，第二电压值在第二模数转换器21的测量量程中所占的比例为，第二电压值和第二模数转换器21的测量量程的最小值的差值，除以第二模数转换器21的测量量程的最大值和最小值的差值。

在一个实施例中，如图4所示，处理器30还用于，当第二电压值逐渐增大时，将第一比例上限作为比例上限，第一比例下限作为比例下限；当第二电压值逐渐减小时，将第二比例上限作为比例上限，第二比例下限作为比例下限，第二比例上限小于第一比例上限，第二比例下限小于第一比例下限。

以图4为例，Vth1+表示第一比例上限，Vth0+表示第二比例上限，Vth0-表示第一比例下限，Vth1-表示第二比例下限。如图4所示，第一比例上限Vth1+大于第二比例上限Vth0+，第一比例下限Vth0-大于第二比例下限Vth1-。

图4中箭头代表电压的变化趋势，实线表示选择的比例上限或比例下限。

当第二电压值逐渐增大时，如图4中的左上图所示，选择第一比例上限Vth1+作为比例上限，如图4中的右下图所示，选择第一比例下限Vth0-作为比例下限。

当第二电压值逐渐减小时，如图4中的右上图所示，选择第二比例上限Vth0+作为比例上限，如图4中的左下图所示，选择第二比例下限Vth1-作为比例下限。

具体地，第二电压值逐渐增大是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都大于上一时刻的第二电压值。第二电压值逐渐减小是指，在设定时长内，下一时刻的第二电压值都小于上一时刻的第二电压值。

示例性地，处理器30包括迟滞比较器，用于在电压值逐渐增大时，将处理器30的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器30的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。

示例性地，第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限，根据待测电压信号的实际噪声值来确定。

在本实施例中，在电压值逐渐增大时，将处理器的比例上限更改为第一比例上限，比例下限更改为第一比例下限，在电压值逐渐减小时，将处理器的比例上限更改为第二比例上限，比例下限更改为第二比例下限。第一比例上限、第一比例下限、第二比例上限、第二比例下限根据实际的噪声值来确定。从而能够在模数转换器采集到的电压值有噪声时，通过迟滞宽度来覆盖住噪声所引起的电压波动，从而避免噪声对处理器判断第二模数转换器是否超过量程产生影响，避免处理器由于噪声的影响而频繁的更换选择输出的电压值，使得处理器输出的电压值更为稳定。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种电压测量方法，该方法包括：

步骤S402，通过固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，并通过第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号，得到第一电压值；固定增益放大器和第一模数转换器连接形成最大量程测量单元。

示例性地，使用比例放大器(LM324)电路将电压测量信号放大10倍。

步骤S404，通过可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，并通过第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号，得到第二电压值；可调增益放大器和第二模数转换器连接形成可调量程测量单元，可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程。

步骤S406，当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，确定可调量程测量单元的目标测量量程；控制可调增益放大器将可调倍数调整为与可调量程测量单元的目标测量量程对应。

步骤S408，在可调量程测量单元的目标测量量程确定后的设定时长内，输出第一电压值。

在本实施例中，将固定增益放大器和第一模数转换器连接组成最大量程测量单元，固定增益放大器将待测量信号缩放固定倍数，第一模数转换器测量固定增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第一电压值。同时将可调增益放大器和第二模数转换器连接组成可调量程测量单元，可调增益放大器将待测量信号缩放可调倍数，第二模数转换器测量可调增益放大器缩放后的待测量信号的电压并输出测量得到的第二电压值。由于可调倍数与可调量程测量单元的多个测量量程中的一个对应，并且可调量程测量单元的每个测量量程真包含于最大量程测量单元的测量量程，因此可调量程测量单元可以实现一个小量程范围内电压的精确测量，而最大量程测量单元可以实现最大量程范围内电压的粗略测量。当第一电压值在可调量程测量单元的最大测量量程内时，可以确定可调量程测量单元的目标测量量程，并且控制可调增益放大器将可调倍数调整为与目标测量量程相对应，从而实现自动切换可调量程测量单元的测量量程。而且当可调增益放大器在调整可调倍数时或缩放后的待测量信号在第二模数转换器的测量量程外时，可调量程测量单元测量得到的第二电压值不准确，此时处理器输出第一电压值，可以在可调量程测量单元测量不准确的情况下保持电压测量的连续性并且测量结果是准确的。

应该理解的是，虽然图2-3、5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3、5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。