电压表范文

导语：如何才能写好一篇电压表，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

一、巧用电压表测电阻

电阻的测量有多种方法，伏安法是中学物理常用的方法.测量时运用电压表和电流表分别测出待测电阻的电压和电流，再根据欧姆定律计算出阻值.若只有电压表而没有电流表，也可以用电压表和一个定值电阻代替电流表来达到测量的目的，电路如图1所示.

1.闭合开关S，待测电阻RX被短路，测得电压表的示数为U，即为电源电压；

2.再断开开关S，则定值电阻R0与RX相串联，用电压表测出R0两端的电压，若其示数为U0，则

UX=U-U0，IX=I0=.

3.求得待测电阻阻值为RX==R0.

在上述方案中，若将电压表与开关S的位置相互交换，经过步骤1和2，同样也可以求得待测电阻的阻值.若如图2将定值电阻R0换成一个滑动变阻器，也可以求得待测电阻的阻值.请根据这两种新的方案自己试一试，看能不能求出待测电阻的阻值.

二、巧用电压表测功率

测量小灯泡的额定功率是初中物理的一个重要实验，根据公式P＝UI，分别运用电压表和电流表测量出电压和电流即可算得功率.若实验中只给出电压表，通过运用电路中的电压关系或开关等实验器材，也可以较方便地达到要求.

例1现有电压表、滑动变阻器、已知阻值的定值电阻R0、额定电压为2．5V的待测灯泡、电池组、开关各一个，导线若干.利用以上器材测量小灯泡的额定功率.要求：（1）画出电路图；（2）写出实验步骤；（3）写出测量小灯泡的额定功率的表达式.

解析利用开关的特殊性，想办法通过开关的通断来测出两个元件的电压.

（1）电路图如图4所示.

（2）实验步骤：

①将开关S拨到a处，调节滑动变阻器，使电压表指针指到2．5V处.

②保持滑动变阻器滑片P的位置不变，将开关S拨到b处，然后观察电压表的示数U，则定值电阻R0上的电压为（U-2．5）.

（3）小灯泡的额定功率为P额=.

三、巧用电压表分析电缆的故障

例2一段电缆总长L，因故在电缆某处两根导线之间发生了漏电故障，请运用电压表查出该电缆故障点的位置.

解析电缆的基本结构相当于两条相互平行的导线，导线之间相互绝缘，若某处两根导线之间发生了漏电故障，则该处两导线之间就不再绝缘，相当于两根导线之间连接了一个电阻，其等效电路如图5中EF之间的情形，此时运用一个电源和一只电压表即可查找出故障位置.

方法将电压一定的电源接到电缆的AB端，电压表接到CD端，测得CD间电压为U1，再将电源和电压表的位置交换，测得AB间电压为U2.

设电源的电压为U，故障点E到A点之间的距离为x，导线单位长度的电阻值为r，漏电处两导线间的电阻值为R，则有

U1/R=U/（2xr+R），

U2/R=U/[（2L-2x）r+R]，

由上两式可解得

x=（U-U1）U2L/（UU1+UU2-2U1U2）.

四、巧用电压表扩大量程

在电压测量中，经常碰到所测电压大于电压表的量程，而中学里往往仪表种类较少，不易找到合适量程的仪表，这时可采用串接电压表的方法，将几个小量程的电压表串接，就能很方便地测出电压的大小.显然待测电压等于各表读数之和.

我们知道，电压表本身实际相当于一个大电阻，且不同的表往往有不同的内阻.对一个多量程电压表，量程越大，内阻则越大.电压表的内阻作为表的主要参数之一，一般均写在表头内，表示为kΩ/V，意为每伏具有的欧姆数.

按图6将几只电压表串接后接至电源的两端，这时各电压表所指示的电压，必与各自的内阻成正比.若几只电压表的内阻相同，量程相同，则指示必相同，这就直接定量地验证了串联电路的电压分配关系.

用上述方法测量高电压时，若采用的几只电压表内阻相同，量程相同，则串接后的量程为几只表量程之和，当几只电压表量程相同而内阻不等时，则应依据接入线路后，通过电压表串接电路的电流不超过内阻较高的那只电压表允许通过的电流为准，来确定总的量程.例如，用两只量程为150V的电压表V1（内阻为1800Ω）和V2（内阻为1500Ω）串接起来测一未知电压，这时的总量程不能误认为是300V，而是

Umax=（1800+1500）×（V）＝275（V）.

用电压表串接法测高于电压表量程的电压，具有接线简单，读数方便，精度较高等优点.

由上述不难看出，根据并联电路的电流分配关系，用并接电流表法也可以测量高于电流表量程的大电流.请参照上述方法进行分析.

五、巧用电压表显示其他量

当某个非电学量发生变化时，若能够引起电路中的电阻发生变化，从而导致电路中电压表的读数也随之发生改变，此时，我们就可以根据该非电学量与电压表读数之间的对应关系，改造电压表的表盘刻度来直接显示该非电学量的大小.

如图7是某同学自行设计的一个电子秤的原理图，当在托盘中放一物体时，滑动变阻器的滑动触头会随弹簧向下移动到某一位置，于是电压表就指示出相应的示数，从而就可以用电压表的读数来显示物体质量的大小.

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1.“十分法”

最小分度为“1”的电表，误差出现在最小刻度下一位，读数时要估读到最小刻度下一位，下一位按1/10估读.

例如，量程为3 A的电流表和量程为3 V的电压表，其最小分度为0.1 A和0.1 V，用目测将这一小格分成十等份，每一等份为0.01 A，0.01 V.如果占这一小格的1/10，估读为0.01；如果占这一小格的2/10，估读为0.02；……；如果占这一小格的9/10，估读为0.09.若分别以安培、伏特为单位，小数点后有两位数.

如图1所示，电流表量程为3 A，指针恰好在刻度上，读数为1.20 A.

如图2所示，若电流表所选量程为3A，指针在两刻度之间，占3/10，估读为0.03，则读数为0.83A.

如图3所示，电压表量程为3 V，指针恰好在刻度上，读数为0.90 V.

如图4所示，若电流表所选量程为3 V，指针在两刻度之间，占8/10，估读为0.08，读数为1.88 V.

2.“二分法”

最小刻度为“2”的电表，误差出现在最小刻度本位，读数时只在本位上按1/2估读.

例如，量程为0.6 A的电流表，其最小分度为0.02 A，用目测将这一小格分成两等份，每一等份为0.01 A.不足半格的舍去，在半格附近的算半格，接近一格的算一格.即指针在中间附近估读为0.01，其他情况靠近哪条刻度就按那哪条刻度的数值读出.若以安培为单位，小数点后有两位.

如图5所示，电流表量程为0.6 A，指针恰好在刻度上，读数为0.52 A.

如图6所示，若电流表所选量程为0.6 A，指针在两刻度之间，不到半格，靠近前一刻度，读数为0.16 A.

3.“五分法”

最小刻度为“5”的电表，误差出现在最小刻度本位，读数时只在本位上按1/5估读.

例如，量程为15 V的电压表，其最小分度为0.5 V，用目测将这一小格分成五等份，每一等份为0.1 V.如果占这一小格的1/5，估读为0.1；如果占这一小格的2/5，估读为0.2；……；如果占这一小格的4/5，估读为0.4.若以伏特为单位，小数点后有一位.

篇3

【关键词】单片机;数字电压表;A/D转换

前言：现在，由各种型号单片和A/D转换器等构成的数字电压表，因其性能优越，被广泛使用。数字电压表是通过A/D转换器把连续的直流输入电压转换成离散的数字量通过LDE数码管显示出来的仪表，从而实现了数字化测量。模拟部分和数字部分是数字电压表的两个组成部分，前者的作用是获取电压，并把取得的电压转化成数字量，传给数字部分。后者的作用是实现逻辑控制运算、译码过程、数字显示等一些列功能。

一、工作原理

本系统以AT89C51单片机为核心控制器。电压测量电路与ADC0809相连，经A/D转换将得的模拟电压信号转换为数字信号输入给单片机，经单片机进行信号处理后，形成精度较高的数字信号输出到LED数码管进行显示，并留有一定的接口，供扩展用。

二、系统总体方案设计

用A/D转换器测量各路电压值，测得相对应的数字量，然后按模拟量与数字量成正比的关系，计算出对应的模拟电压值，把模拟值通过显示器显示出来就完成测量。设计时设定待测的输入电压为8路，电压值的测量范围为0v一5v，测量的最小分辨率5.255，测量误差-0.02一0.02。

控制系统采用AT89C52单片机，A/D转换器采用ADC0809，ADC0809是8位的A/D转换器。当输入电压为V5时，输出的电压为255（OFFH），因此最大分辨率为0.0196V（5.255）。ADC0809包括8路模拟量输入端口，由3位地址输入端对8路中的任选其中一路进行转换。每隔一段时间依次改变3位地址输入端的地址，就能实现8路输入电压的测量。LDE数码管采用软件译码动态显示。

三、电路的硬件设计

（一）单片机主控制模块的设计

AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片，有四个I/O口P0、P1、P2、P3，每一条I/O线都能独立地作输出或输入。AT89C51还含有4kb的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128字节（Byte）的随机存取数据存储器（RAM），兼容标准MCS-51指令系统，内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元。

单片机的最小系统主要由AT89C51、电容C1-C3、电阻R1-R2、晶振X1等组成。AT89C51的18脚（XTAL2）和19脚（XTAL1）接时钟电路，其中19脚是AT89C51内部振荡器倒相放大器的输入端，用于接外部晶振和微调电容的一端;18脚是AT89C51内部振荡器倒相放大器的输出端，用于接外部晶振和微调电容的另一端。

（二）A/D转换电路设计

A/D转换电路采用目前常用的8位逐次逼近型A/D转换芯片ADC0809。ADC0809具有8路模拟量输入信号IN0-IN7（1-5、26-28脚），地址线C、B、A（23-25脚）确定哪一路模拟输入信号进行A/D转换，本电路将地址线C、B、A接地，即选择0号通道输入模拟量电压信号。ADC0809的22脚（ALE）为地址锁存允许控制端，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。ADC0809的6脚（START）为启动控制端，当输入为高电平时，A/D转换开始。

（三）显示电路设计

显示电路采用LED数码管显示，由于单个LED数码管占用单片机接口线较多，而本设计中需要四个LED数码管显示不同信息，因而利用人眼的视觉暂留特性采用LED数码管的动态扫描原理进行显示。另外LED数码管价格适中，适合显示数字，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机接口线少，方便进行程序编写与控制。

四、误差分析

对于任何系统，误差是不可避免的！本设计的输出信号误差主要来自于以下几个方面：

（一）D/A，A/D转换器件的非理想性误差

虽然我们在设计中充分考虑到了精度要求，但转换器件本身存在的固有量化误差是不可能克服的，同时转换器件的转换速率、温度系数、输入输出电平的差异等因素都造成了转换器件的非理想特性。

（二）运算放大器，电阻电容引起的误差

设计中采用的运放和电阻电容等一些常用元件，在实际应用中，都或多或少的存在着误差，如，随着温度的变化，电阻阻值的变动以及运放的漂移，电容的非理想性造成了系统频率响应的改变。

（三）电源噪声"数字信号跳变引起的噪波和布线中的分布电容和感生电感

在 PCB 布线中由于迹线和部分元件的非理想性，在高频工作时，这些器件产生分布电容感生电感。电网电压的变化引起的欠压、过压以及在线路传输中随机窜入的高频噪声等都有可能通过电源引入到系统中，设计中使用大量数字芯片高频工作时的电平跳变以及单片机晶振都是误差的产生源。我们在电路的实际设计中，采用了多种措施来减少这种误差的渗入，如，电源的滤波，线间的去耦，重干扰源的屏蔽，加宽电源线和地线以减少噪声的传输路径。

五、结语

由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统，以及灵敏度和精度较高的A/D转换器，使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点。随着单片机的日益发展，它必将在未来显示出更大的活力，为电子设计增加更多精彩。

参考文献：

[1]李秋生，刘小燕.基于AT89C51的某数字电压表的设计[J].微计算机信息，2008，24（25）：19～200，233.

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关键词： 单片机（AT89C51） 电压 A/D转换 ADC0809

数字电压表（Dligita Voltmeter）简称DVM，是利用A/D转换原理，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。通常数字电压表都采用大规模的A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等方面性能指标均明显优于指针式万用表。其中，A/D转换器将输入的模拟量转换成数字量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过计数译码电路变换成段码，最后驱动数码管显示相应的数值。目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，显示出强大的生命力。本方案以单片机AT89C51为系统的控制核心，结合A/D转换芯片ADC0809设计一个数字电压表，能够测量0―5V之间的直流电压值，通过四位数码显示。数字电压表的电路图设计在Proteus软件中进行，执行程序用C语言在Keil中编写、调试。

1.数字电压表硬件电路设计

数字电压表由AT89C51单片机控制电路、12MHz时钟电路、复位电路、数码管显示电路、AD转换电路和电源电路等主要电路组成，总体组成框图如图1所示。

1.1时钟电路

时钟电路也称为振荡电路，在计算机系统中起着非常重要的作用，是保证系统正常工作的基础。80C51单片机芯片机集成了振荡电路，只要在芯片的第18、19脚外接晶体振荡器即可工作。如图4中的晶体振荡器（X1）、电容C1和C2即构成了单片机所需的时钟电路。

1.2复位电路

复位电路的作用是使CPU和系统中的其他功能部件都处在初始状态，并从初始状态开始工作。单片机的复位电路是由外部电路来执行的，在RST引脚上加上持续二个机器周期以上的高电平就执行状态复位。通常采用上电复位和开关复位二种方式。如图4中单片机第9脚与R1、R2、C3和按键开关构成了单片机的复位电路。

1.3电源电路

电源电路是给数字电压表提供+5V的供电电路，保证各电路正常工作。

1.4数码管显示电路

数码管显示电路的作用是显示输入0.00―5.00V的电压值。系统通过对LED灯的动态显示及不停的轮流给数码管位选端加驱动电压，在给其中一个数码管位选段加驱动电压的时候它才能变亮，而其他的是暗的，由于数码管暗下来需要一定的时间，人眼具有视觉暂留特点，同时系统又给其他的施加驱动电压，因此我们看到的就是稳定的亮着的数字了，如图4所示。

1.5A/D转换电路

A/D转换电路的作用是将所输入的模拟信号转换成数字信号，然后进行处理。A/D转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。A/DC0809转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单。ADC08098路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右，图2为0809引脚图。

1.5.1ADC0809的内部结构

ADC0809的内部逻辑结构图如上图3所示。

图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。地址锁存与译码电路完成对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，表1为通道选择表。

1.5.2信号引脚

ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图3。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下。

IN7～IN0――模拟量输入通道。

ALE――地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。

START――转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。

A、B、C――地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表1。

CLK――时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。

EOC――转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。

D7～D0――数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高位。

OE――输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。

Vcc――+5V电源。

Vref――参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V（Vref（+）=+5V，Vref（-）=-5V）。

1.5.3电路电路连接

ADC0809与单片机的电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。根据表1中所示将ADC0809的地址线A、B、C接低电平即可选择通道1（IN0），ADC0809的数据输出线D7～D0接80C51的P0口，如图4所示。

1.6测试电压输入电路

输入电路的作用是把不同量程的被测的电压规范到A/D转换器所要求的电压值。本电路设计所用电压为0.00―5.00V，其大小通过滑动变阻器调节。

数字电压表硬件电路如图4所示。

2.数字式电压表程序设计

2.1数字式电压表程序流程图

2.2Keil C51参考程序如下

#include "reg51.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//*――――――――数码管段码定义――――――――*//

uchar code table={0xc0，0x99，0xa4，

0xb0，0xf9，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；

//*――――――――0809引脚定义――――――――*//

sbit st=P2^7；

sbit oe=P2^5；

sbit eoc=P2^6；

sbit clk=P2^4；

//*――――――-延时子函数――――――――*//

void delay（uchar z）

{

uint x，y；

for（x=z；x>0；x――）

for（y=110；y>0；y――）；

}

//*―――――――启动转换子函数――――――――*//

void start（）

{

st=0；oe=0；st=1；st=0；

}

//*――――――――显示子函数――――――――――*//

xian（uchar b）

{

P2=0x01；

P0=table［b%10］；

delay（1）；

P2=0x02；

P0=table［b/10%10］；

delay（1）；

P2=0x04；

P0=table［b/100%10］&0x7f；

delay（1）；

P2=0x08；

P0=table［b/1000］；

delay（1）；

}

//*――――――――-主函数――――――――*//

void main（）

{

uint B；

uchar date；

TMOD=0x01；

TH0=（65536-20）/256；

TL0=（65536-20）%256；

EA=1；

ET0=1；

TR0=1；

start（）；//启动转换

while（1）

{

while（eoc==0）；//等待转换结束

oe=1；//允许输出

date=P0；

start（）；

oe=0；

B=date*5.0/255；

xian（B）；//显示转换结果

}

}

//*――――-T0定时器中断子函数给ADC0809提供时钟信号――――-*//

void time0（）interrupt 1 using 1

{

TH0=（65536-20）/256；

TL0=（65536-20）%256；

clk=~clk；

}

3.测试与调试

本设计应用Proteus和Keil51软件，首先根据自己设计的电路图用Proteus软件画出电路模型，然后用Keil51软件对所编写的程序进行编译、链接，如果没有错误和警告便可生成程序的hex文件，再将此文件加到电路图上使软硬件结合运行，最后进行端口电压的对比测试，测试的结果如图5所示。

参考文献：

［1］姜治臻.单片机技术及应用.高等教育出版社，2009，7.

篇5

1实验探知电压表串联在电路中的现象

电压表串联在电路中有什么现象，光凭教师的说教，学生是不会理解的，必须身临其境，通过实验看到现象，记忆才能深刻.为增加感性认识，可按图1电路图连接电路，闭合开关，观察实验现象.

一定要让学生在实验中看到现象，不要急于求成，否则印象还是不深刻.本实验的现象是：闭合开关后，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数将很大，约为电源电压.为什么会出现这样特别的现象呢？

2运用赋值法分析

在物理学中，常根据其具体情况，合理、巧妙地对一些物理量进行赋值，根据物理规律进行推算，能使问题得到简捷有效的解决，这就是物理学中常用的赋值法.注意：赋值不是随便的赋值，而是根据实际情况进行科学的赋值.下面根据本题的实际情况进行赋值：两节干电池，电源电压为3 V，电流表内阻很小，相当于导线，其内阻约为0.1 Ω，电压表内阻很大，其内阻约为104 Ω以上，小灯泡的内阻约为10 Ω.下面根据欧姆定律和串联的知识进行分析计算.

总电阻R=RA+RV+RL=0.1 Ω+104 Ω+10 Ω

≈104 Ω，

电路中的电流I=3 V 104 Ω=3×10-4 A，

这个电流非常小，与电流表的最小分度值0.02 A相比较，

3×10-4 A/0.02 A=1.5/100，

电流表的一个小格非常小，而指针偏转不到一个最小格的百分之二，指针偏转这么小的角度，人眼是分辨不出来的，这就是为什么指针不动，电流表无示数的原因.

电压表的示数

UV=IRV≈3×10-4 A×104 Ω=3 V，

通过计算可知电压表的示数很大，约为电源电压.

因此，电压表串联在电路中，由于电压表的内阻很大，会使电路中的电流很小，以至于电流表指针偏转人眼都洞察不出来，可以认为电流表无示数；而电压表的内阻很大，分压很大，几乎接近电源电压，可以认为电压表示数很大，就是电源电压，这样分析与实验结果就吻合了，学生很容易接受，也加深了学生对欧姆定律和串联知识的理解.

3电路中的故障及分析

例1如图2（a）所示的串联电路，若L1断路将有何现象？

L1断路的等效电路如图2（b）所示，实质就是把电压表串联在电路中，与前面的图1情况相同，现象是电流表无示数，小灯泡不亮，电压表有示数，且很大等于电源电压.

若再用电压表测量L2的电压，其等效电路如图2（c）所示，整个电路断路，电流表、电压表都无示数，小灯泡不亮.

例2如图3（a）所示，小明在测量小灯泡电阻的实验中，闭合开关后发现，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数且很大，试分析电路中出现的故障是什么？

这是近年来中考常出的题目，电路中出现的故障是小灯泡处出现了断路现象，这可能是小灯泡与灯座接触不良，也可能是灯丝断了.同学们只要把小灯泡从电路中去掉，如图3（b）所示，小灯泡断路时实质是电压表串联在电路中了，本题出现的现象就是电压表串联在电路中的现象，反之，只要出现这种现象，就意味着电压表两接线柱间出现了断路现象.

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关键词：数字电压表；电压表；设计

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、设计方案

在本文研究中，AT89C51单片机是整个系统的关键部分，整体系统由衰减输入电路、自动量程转换、交直流转换、模数控制与转化、接口电路等部分组成。电压经由衰减电路会转化到0-0.5v电压，AD736作为交直流转换电路的芯片控制，LCL7135作为模数转换控制器，LCD1601最为显示模块。该方案是由AT89C51单片机，LCL7135A/D转换器、AD736AC-DC真有效值转换器等组成。交直流电压在0-500v范围内，电压综合误差在3%上下范围内浮动。

二、硬件系统的设计

（一）硬件电路设计

硬件电路设计主要由七大部分组成：其中AT89C51单片机系统为主控模块，然后由晶振电路、复位电路以及A/D转换电路、LED驱动电路、LED显示系统、测量电压输入电路来共同构成（如图1）。

（二）真有效值转换电路

在实际的电路运行过程中，会不可避免的受到非正弦波的影响，平均值转换的传统测量仪表存在较大误差。为了更精密的测量交流电压有效值，可通过真有效值转换器，也就是直接把交流有效值转化成直流有效值。该仪器的最大优点就是对各种电波形式进行有效测量。AD/73真有效值转换器具有电源范围宽、频率好、速度快、灵敏性高等优点，综合误差低于4%。

（三）LCL7135A/D转换器

LCL7135A/D转换器是采用单片41/2位的转换器，另附加数码显示器、译码器、电阻电容、驱动器等元件，就能组成2V的数字电压表。单片机系统与LCL7135A/D转换器直接连接，组成有效电路，通过并行采集方式，把B1输出线、B2输出线、B4输出线、B8输出线与单片机连接。P1.3与R/H相连，通过软件将p1.3输出正脉冲，启动A/D转换器会不断输出数据。

（四）电路接口

在本研究中，采用LCD液晶模块显示器，直接显示采集电压数据或系统状态。AT89C51单片机直接与液晶显示器相连。需注意以下几个设计要点：①清屏，清平之后设计8位数接口数据，行数：1行，字型：5*7点阵。进行整体显示设计，取消字体闪烁与光标，最后设置为不移位且正向增量。向LCD缓冲区中输入字符，2字符数组形式，一个显示电压，一个显示字符。需要显示的数据或字符送到屏幕缓冲区中，延时2.5ms。

三、系统程序设计

进行系统软件程序设计，重点在于如何控制LCL7137转化数字输入LCD显示屏。完成主程序初始化之后，启动A/D转换并认真检查档位、数字显示。一开始的主程序设置，需要设计70h的起始地址，并设计中断寄存器，对LCL7135进行中断计数。每隔五次之后清零，成功完成一次采集数据工作。之后设置STB断口的中断优先级别，并对显示器进行一次性清屏处理，清空各个数据寄存器、指令的数值，在屏幕上不显示字符。使用MOVP2，01H到DB7-DB0指令，调动ENABLE这个子程序。由于下降沿时，需要把内部资料输送到RAM区域，因此，应该有一个延时子程序，使得下降沿时2.5ms。RAM有代码后，需要对此进行清零处理，原有屏幕上的字符会被清除。紧接着设定1601功能，MOVP2，01111000B.子程序ENABLE子程序被调用，输入CPU处理器中。若果在LCDM中输入一条指令，就会调用ENABLE子程序一次，与此同时，设定显示器的光标、字体闪烁。显示器地址按照+1方式读写，再进行第一行字符设计，即80H地址。将Voltage字符的地址输送到DPTR中，调用远程查表指令，将数据一次输入P2入口，接下来调用WRITE3这个子程序，设置LCD1601RS为1，会产生下降脉冲，并把获得数据输入寄存器，执行DISPLAY1这个子程序。

设计A/D中断程序。LCL7135仪器每秒钟进行12次采集数据服务工作，在每一次数据采集任务完成后，向CPU进行中断申请。CPU暂停其他工作，进行中断处理。在中断响应之后进行中断处理，并压栈ACC、PSW，对首次中断性质进行判断。若为首次中断，直接跳到next位置。若为二次中断，则设置62H处，第三次中断，设置63H处，第四次中断，设置64H处，第五次中断，则设置65H处。与此同时，将中断储存器30H中的数值清除，中断完成之后，PSW、ACC出栈，并开中断。

四、结语

综上所述，本文充分利用AT89C51单片机的优势，对数字电压表设计进行了实例研究，其较好的抗干扰功能、自动调节的精度设计等等，使得输出达到最佳效果，适用于电子系统的一般性电压测量，适用性较强。

篇7

教材中上述实验内容作为电表改装的一种方法，让学生在实验过程中得到技能的培养和思维的训练等等，未尝不可。但，仅就电表改装这一目的而言，如果改装表与标准表核对时发现改装表并非UV电压表(如不是2V表，而是1．9V表)，怎么办?［注2］

事实上，上述改装方法是搞“理论”的人最容易想到的方法，而不是搞“实验”的人常采用的方法。按“实验”的思维方式，“将电流表改装成电压表”可用下面一种更实用、更方便的方法。［注3］

首先，用欧姆表粗略测出表头内阻。然后，估算出表头满偏电压，以及估算出分压电阻阻值。最后，取一只阻值范围大于估算阻值的电阻器R1(或一只固定电阻与一只电阻器串联)，和一只量程适当、准确度级别稍高的直流电压表作为标准表［注4］)。按图1改变滑动变阻器R2的阻值，使标准表读数为UV；再改变电阻器R1的阻值，使电流表指针指示满刻度(可能需重复上述步骤，反复调整)。这样一只UV电压表就改装好了。毫无疑问，用上述方法改装出的电压表，比用课本采用的方法改装的电压表要准确得多。

这里，R1的阻值就是所需的分压电阻值。如果R1不是用电阻器而是用电阻箱，那么从电阻箱的读数R1，就可以推算出电流表内阻rg的精确值。

［注1］如2005年、2006年江苏省物理高考题。

［注2］也许可以按图示电路测量足够多的电压值，作出改装表的校正曲线，以后每个改装表的测量值都根据校正曲线予以校正，但这太繁琐，不实用。

［注3］现在高中物理课本中都将“闭合电路欧姆定律”作为演示实验或学生实验。实验中电源一般都采用“拆开”铅蓄电池(如J2365型可变内阻电池)，电池电动势约2V，实验需要两只2V或2．5V的直流电压表。如果作为演示实验，如果演示电表(如J0401型)是10年前的，没有2V或2．5V直流电压档，那么，要将演示电表改装成2V(或2．5V)直流电压表就可采用下述方法。

［注4］一般要求标准表的准确度级别(等级)，在数值上不大于被校表准确度级别的13。

实验室都可以找到，且可初步实现观察放电现象及其发展和过渡过程。

4．2 气体放电现象十分复杂，因此可以进行另外的一些创新实验探究，如研究放电电压与极间距之间的关系，放电电压与电极的曲率的关系（从球形电极过渡到平行板电极），与电极表面状态及气体种类的关系等。

4．3 从实验的设计和进行过程本看，大自然中还有许多有趣的现象值得我们深入探究；该实验对提高同学们实验的主动性、发现和解决问题的能力有显著的帮助。

参考文献：

［1］侯清润.气体放电实验与帕邢定律［J］.物理实验，2004,24（1）：

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［3］李椿、章立源、钱尚武 . 热学［M］. 高等教育出版社. 1979，111-116

［4］杨津基.气体放电［M］.科学出版社. 1983，18-28

篇8

关键词：数字电路； 量程自动转换； 智能化； 数字信号； 电压表

中图分类号：TN919-34； TP216+.1 文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2011)20-0184-03

Development of Intelligent Digital Voltmeter Based on Digital Integrated Circuit

LI Huai-fu

（Sichuan Information Technology College, Guangyuan 628017, China）

Abstract： In order to solve the intelligentization difficulties existing in ordinary digital voltmeter, such as range automatic convertion, polarity judgment of measured voltage, amplitude transformation, overrange display and alarm signal intelligentization, the digital circuit chip is adioted to realize the intelligentization of voltmeter functions according to digital logic control relation. The design principle of the circuit is elaborated. The circuit system composition, function and characteristics of each part in the circuit, selection of circuit components, and signal processing process are introduced. The design functions are verified by an actual product. A homemade intelligent digital voltmeter with the design functions has been put into practice.

Keywords： digital circuit; range automatic convertion; intelligentization; digital signal; voltmeter

0 引 言

在现在市场上广泛使用的一般数字电量测量电表都没有解决量程自动转换问题，测量操作时仍然靠人工拔动开关转换量程，测量电表的智能化设计是一个难点。在现有的智能电表中，智能化功能大多采用单片机控制电路或双向移位寄存器来实现，其缺点是电路系统、量程控制信号的产生比较复杂，调试与制作难度大，可靠性较差等。实际上,电路系统完全可以用常用数字集成电路组成，通过组合逻辑功能来实现多个量程之间的自动转换等功能。

1 电路系统的方框结构

电路系统由被测输入电压极性检测与变换电路、电压幅度变换电路、量程自动控制转换信号产生电路、多路模拟开关切换电路、量程控制放大电路、A/D转换电路和显示电路等组成，如图1所示［1-2］。

图1中各部分电路的功能分别是：

(1)电压极性显示信号产生电路：由电压比较器根据被测电压极性产生“+”或“-”极性显示信号。

(2) 电压通道选择与极性转换电路：有2个通道，对于正极性电压由通道1通过，若为负极性电压由通道2通过，再变换为正极性后输出。

(3) 量程自动控制信号产生电路：根据被测电压的高低确定各段的测量范围（量程）,产生量程自动转换控制信号、超量程显示与报警信号，并控制各量程小数点的位置。

图1 数字式智能电压表电路结构方框图

(4)程控放大器与模拟开关切换电路：在量程自动转换控制信号的作用下选择不同的通道，将某个量程的输入电压放大或衰减一定比例后送入A/D转换器。

(5) A/D转换电路：将模拟电压信号转换为数字信号。

(6) 译码与显示电路：将数字信号译码后，由数码管显示出测量结果。

2 电路原理图简介

根据图1构建的数字式智能电压表电路原理［3-5］如图2所示。图中主要元器件的作用如下：

U1（LM324）为四运放IC1，U1-1/4与U1-2/4的作用是产生被测电压极性识别信号与控制U2的信号通道。U1-3/4构成程控放大电路，对被测电压进行10，1，1/10，1/100的放大或衰减。U1-4/4为反相放大器，用于调整输出电压幅度以满足A/D转换器正常工作要求；

U2（SGM522）为二通道模拟开关IC，实现正、负极性的被测电压分通道传输，以便对负极性信号实施反相处理；

U3（C4066）为四通道模拟开关IC，在量程自动控制信号的作用下，实现让不同量程的电压分通道传输，以便配合U1-3/4电压进行幅度变换；

U4（LM339）、U5（74LS05）、U6与U7（74LS21）组成自动量程控制信号产生电路。其中，U4为四比较器IC，用于确定各量程的测量范围，U5为四反相器，对高或低电平实施反相变换，U6、U7均为四输入双与门IC，通过逻辑运算获得自动量程控制信号；

图2 数字式智能电压表电路原理图

U8（C14433）为双积分式A/D转换器（又称双斜式A/D转换器），转换输出结果与输入信号的平均值成正比，对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，具有零漂补偿的3位半（BCD码）单片双积分式A/D转换功能，转换速率为3～10 Hz，转换精度为±1 LSB，模拟输入电压范围0～±1.999 V或0～±199.9 mV，输入阻抗大于100 MΩ。MC14433转换结果以BCD码形式，分别按千、百、十、个位由Q0～Q3端输出，相应的位选通信号由DS1～DS4提供；

U9（MC14511B）为译码集成电路，将BCD码译码成十进制信号，控制数码管的位显示；

U10（MC1413）为7路反相缓冲集成电路，用于实现高低电平间的转换，增强对数码显示管的驱动能力。

3 电路工作原理

（1） 被测电压的Ux极性判断与变换电路工作原理：电路由2个过零电压比较器、一个反相器和双向限幅电路组成［6］，当Ux极性为“+”时，U1-1/4输出高电平，在C＋的控制下被测电压通过U2的第一通道。U1-2/4输出低电平，C―也为低电平，U2的第二通道不通；当Ux极性为“-”时，U1-2/4输出高电平，在C―的控制下被测电压通过U2的第二通道，并通过U5-1/4完成反相变换。U1-1/4输出低电平，C＋使U2的第一通道不通。V1,V2为双向限幅二极管，用于限制加到U1-1/4与U1-2/4输入端的电压幅度。

（2） 多路模拟开关和程控放大电路工作原理：电路由C4066，U1-3/4、R4～R7等组成。设R1~R3通道等效电阻为R1～3，其大小可设置为100kΩ，当B1为高电平时，多路模拟开关C4066的i1~O1通道接通，运放U1-3/4的反馈电阻R4取1 MΩ，对Ux放大10倍后送入A/D转换器的输入端。若A/D转换的电压满度值为2 V，则可测量0～±200 mV的电压。同理，当量程转换控制信号B2,B3,B4分别为高电平时，C4066对应的通道接通，当U1-3/4的反馈电阻R5，R6，R7分别取100kΩ、10kΩ、1kΩ时，R5使±200 mV～±2 V的电压直接通过，R6使±2～±20 V的电压衰减10倍后通过，R7使±20～±200 V的电压衰减100倍后通过。再将某┮宦肥涑龅缪咕U1-4/4反相放大，使与实际被电压极性一致，并可通过R16调节电压放大倍数（-R16/R15），保证A/D转换电路正常工作所需的输入电压。

（3）量程自动转换控制电路工作原理：量程自动转换电路由四4比较器U4、3个反相器（U5内）、2个四输入双与门U6与U7、分压电阻R10～R14等组成。由于设置R1～3为100kΩ，选择R8（470kΩ可调）与R9（5kΩ）使ux在R9上的分压比为1/100，经分压后加到各比较器的反相输入端。当ux分别为±200 mV，±2 V，±20 V，±200 V时，分电压值分别为2 mV,20 mV,0.2 V,2 V。同时，由R10～R14（电阻值如图2中所示）对VCC分压获得各比较器的参考电平也分别为2 mV,20 mV,0.2 V,2 V，并分别加至各比较器的同相输入端。当被电压Ux达到某量程的满刻度值时，使比较器的输出电平由高变低，通过组合逻辑电路产生量程自动控制与标志信号（高电平有效）。若Ux位于0～±200 mV，U6-1/2输出高电平，获得有效量程控制信号B1，其余B2～B3为低电平；同理，当被测电压分别在±2 V，±2～±20 V，±20～±200 V范围时，U6-2/2、U7-1/2、U7-2/2分别输出高电平，获得量程控制信号B2、B3和B4，状态转换表如表1所示。

逻辑表达式分别为：B1＝W•X•Y•Z，B2＝┆WX•Y•Z，B3＝WX•Y•Z，B4＝WXYZ。Z＝0为超量程标志信号。

（4） 被测电压极性、小数点位置与超量程的指示信号：被测电压极性显示控制信号由U1-2/4提供，用输出的高或低电平控制“-”或“+”号的显示；小数点位置控制信号由量程自动转换控制信号实现，B1的高电平用于显示测量范围为0～±200 mV的小数点位置，B2的高电平用于显示测量范围为±200 mV～±2 V的小数点位置，B3的高电平用于显示测量范围为±2～±20 V的小数点位置， B4的高电平用于显示测量范围为±20～±200 V的小数点位置，当被测量电压范围在±200 V以外时，不用小数点；超量程指示信号由B4的低电平实现，当B4为低电平时，表明被测电压超过了±200 V的最高上限。

（5） A/D转换、译码、显示电路工作原理：用U1-2/4输出的信号控制数码管最高位“g”段的亮与不亮，实现极性“-”显示。当U4的4个比较器都输出高电平量，便发生了超量程情况，可用它们产生报警与超量显示信号（本系统未考虑）。当程控放大器输出的信号加到U8的3脚，将模拟电压转换为BCD码，并由20、21、22、23脚输出，经U9译码为千、百、十、个四位十进制数，同时，由U8的16、17、18、19脚输出对应的选通信号，共同控制数码管显示测量结果。

4 结 语

本测量系统运用与门、反相器、比较器、多路模拟开关集成电路（C4066）等数字集成电路巧妙组合获得了被电压极性判断、量程自动转换、信号幅度变换、小数点位置显示控制、超量程显示与报警信号。电路结构设计看似复杂，但分立元件少，成本低。具有设置量程方便、电压测量范围宽、功能相对独立且容易扩展、工作稳定可靠等优点，值得借鉴。

参考文献

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关键词：万用表 电压测量 故障检修

在电气设备故障检修时，为了便于安全简便地寻找、判断和检修电气设备故障点，笔者探讨采用电压阶梯测量法、电压间段测量法的应用。

一、电压的阶梯测量法

以图1为例，当按下启动按钮SB2时，如果接触器KM1不吸合则说明电路有故障。那么我们先要用万用表测量1、7两点电压，如果电路正常，电压应该是110V。再按下SB2不放，同时将黑表棒接到7点上不变，红表棒依次向前移动接6、5、4、3、2点，分别测量6-7、5-7、4-7、3-7、2-7各阶梯之间的电压。如果电路正常，阶梯间电压均为110V。假如6-7之间无电压，说明是断路故障，可将红表棒依次移动。当移至5点时电压正常，说明5点之前触头或接线是完好的，5点之后的触头或接线处有断路，经常会出现5点的第一个触头或连线处断路。

这种像阶梯一样的电压测量方法，我们形象地称为电压阶梯测量法。

电压阶梯测量法可以自7点到1点向上依次测量；也可自1点到7点向下依次测量1-2、1-3、1-4、1-5、1-6（向下测量时，若各阶电压等于电源电压，则说明刚测过的触头或导线已断路）。向上测量的各阶梯电压值及检查故障如表1所示。

表1 电压阶梯测量法所测电压值及故障原因

二、电压间段测量法

电压的间段测量法。以图2为例，先用万用表测量1、7两点电压，如果电路正常电压应该是110V。电压的间段测试法是用红、黑两根表棒测量两个相邻点1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-7之间的电压。如电路正常，除6-7两点间的电压等于110V外，其他任意相邻两点间各段电压都应为零。

当按下启动按钮SB2时，如果接触器KM1不吸合则说明电路有故障。可用电压表逐段测试各相邻两点的电压。如测量某相邻两点电压为110V，则说明两点所包括的触头，其连接导线接触不良或断路。例如1-2两点间电压为110V，说明热接触器KH的1点或者2点常闭触头接触

不良。

这种相邻两点之间各段电压测量的方法，被形象地称为电压间段测量法。

电压间段测量法可以自1点到7点依次测量；也可自7点到1点依次测量7-6、6-5、4-3、3-2、2-1相邻两点间的电压值。

利用电压间段测量法所测电压值检查电气故障方法如表2所示。

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关键词：煤矿提升机；制动液压站；电接点压力表；欠压保护；超压保护 文献标识码：A

中图分类号：TH812 文章编号：1009-2374（2015）35-0151-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.35.075

1 概述

安阳鑫龙煤业公司井下轨道斜巷均采用JTPB/JKB系列提升机。提升机主要由提升机本体、驱动装置、电控部分、系统、制动系统等组成。众所周知，安全生产历来是煤矿企业各项工作的重中之重，细化到矿井运输系统，斜巷运输则是矿井整个运输系统的一个咽喉关键，而斜巷运输的关键又在于提升绞车的制动系统是否安全可靠。因此，提升机制动系统的正常运行对保证矿井斜巷运输安全非常重要。在实际工作中，电接点压力表对监视、控制制动系统处于正常的压力范围，作用重大。但因为种种原因，在日常使用管理过程中，电接点压力表的欠压、超压保护往往出现设置不正常或不投用的情况，大大降低了提升机制动系统运行的可靠性，安全系数随之降低。

2 电接点压力表的应用

电接点压力表广泛应用于石油、机械、煤炭等工业部门或机电设备配套中测量无爆炸危险的各种流体介质压力。通常，仪表经与相应的电气器件（如继电器及变频器等）配套使用，即可对被测（控）压力的各种气体与液体介质经仪表实现自动控制和发信（报警）的目的。电接点压力表由测量系统、指示装置、磁助电接点装置、外壳、调节装置及接线盒等组成。当被测压力作用于弹簧管时，其末端产生相应的弹性变形―位移，经传动机构放大后，由指示装置在度盘上指示出来。同时指针带动电接点装置的活动触点与设定指针上的触头（上限或下限）相接触的瞬时，致使控制系统接通或断开电路，以达到自动控制和发信报警的目的。

3 电接点压力表的指针用途说明

电接点压力表有三根接线，一根是公用的。表针是可调的，上面的指针是上限，下面的指针是下限，中间的黑色指针指示是制动系统实时压力的数值。

4 具体原理

4.1 绞车液压站制动系统电机和主提升电机启动顺序

开车时，制动油泵先启动，开始向制动油缸提供油压，同时或稍后主提升电机通电启动。

4.2 欠压保护原理

只有当制动系统油压上升达到或超过欠压指针值后，主电机才启动。欠压保护起到的是（顺序启动）联锁控制的作用。即当制动系统出现问题，比如出现油压不能正常上升，低于欠压指针示值时，低压启动控制继电器未接通，绞车主电机控制回路未接通，主电机应不能启动。这是一个原则问题，否则在制动系统未松闸的情况下，主电动机先启动运转，将会对主轴等绞车部件产生损害。

4.3 超压保护原理

超压保护报警或动作时，提示制动液压系统压力超标，此时应停机检查排除故障。按照制动液压系统说明书规定的参数，调节整定液压系统安全溢流阀的压力值。

5 判断欠压保护是否投运的方法

根据上述欠压保护的工作原因：欠压保护起到的是（顺序启动）联锁控制的作用。只有当制动系统油压上升达到或超过欠压指针值后，主电机才启动。即正常情况下，主提升电机启动同时或之前，制动闸瓦已松闸。

要验证提升机是否按这个程序启动运行，这里可以采取观察电机启动电流的大小，进行判断验证。具体步骤是：（1）在确保提升机钢丝绳钩头无负载的情况下，人为将制动闸块松闸，使闸块与闸盘脱离接触。此时，启动主电机，观察记录电气启动电流A1；（2）同样在提升机钢丝绳钩头无负载的情况下，按正常状态程序启动主电机，这时观察记录启动电流A2；（3）结论验证。比较启动电流A1和A2的大小，如果A1=A2，则表明欠压保护正常投运，且参数设置符合要求；如果A1

6 欠压保护的后果

鑫龙煤业公司红岭矿15轨道一坡绞车、主焦矿-210绞车，欠压保护出现的问题、潜在隐患及可能造成的严重后果。目前这两部绞车电接点压力表上，欠压保护均设置为0。说明制动系统欠压保护这一项被短接，未投用。欠压保护这一项被短接，之所以未影响绞车正常运行，原因是绞车安全控制回路，还有其他对启动顺序同样起到连锁控制的电气元件（电气设计的安全冗余原则，即当该保护被甩后，系统仍能正常运行）。该欠压被甩掉后可能出现的问题：一是系统少了一道安全保护。虽然不影响绞车的正常运行，但安全保障系数降低了；二是一旦其他与欠压起同样作用的冗余控制元件也出现故障，而此时欠压保护又未投（或设置不正确，欠压值低于残余），就会出现问题。可能造成的严重后果是：制动系统未正常松闸，但主电机已启动运转，将会损坏主轴或烧坏电机等问题。

7 欠压保护的设置

在实际情况中，各类绞车制动系统欠压参数的具体数值是在不断变化的，是跟随着制动闸块贴闸压力的逐渐变化而变化的。因每个绞车的制动系统力矩（贴闸压力不同）而不同，即使是同一绞车同一蝶形弹簧制动器，随着使用限期的延长，在长期的工作过程中，蝶形弹簧会疲劳甚至出现断裂，以上因素都会导致制动器的制动力矩（贴闸压力）呈现逐渐变小的变化趋势。因而导致欠压参数的设置也是一个在一定范围内逐渐变小的物理量，因此欠压保护参数的设定范围，需根据说明书和检测报告参数综合考虑后合理设置。欠压参数设置的大致范围，即欠压值要高于系统残压值（一般残余均控制在0.5MPa以内）。

8 结语