數字電壓表
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數字電壓表范文第1篇
數字電壓表的設計和開發,已經有多種類型和款式。傳統的數字電壓表各有特點,它們適合在現場做手工測量,要完成遠程測量并要對測量數據做進一步分析處理,傳統數字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數字電壓表,既可以完成測量數據的傳遞,又可借助PC,做測量數據的處理。所以這種類型的數字電壓表無論在功能和實際應用上,都具有傳統數字電壓表無法比擬的特點,這使得它的開發和應用具有良好的前景。
新型數字電壓表的整機設計
該新型數字電壓表測量電壓類型是直流,測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數據采集電路的單片機最小化設計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復位電路等。下位機采用AT89S51芯片,A/D轉換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信,傳送所測量的直流電壓數據。整機系統電路如圖1所示。
數據采集電路的原理
在單片機數據采集電路的設計中,做到了電路設計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現了單片機對AD678轉換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內部時鐘和三態緩沖數據輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構成完整的數據采集系統,而且一次A/D轉換僅需要5ms。
在電路應用中,AD678采用同步工作方式,12位數字量輸出采用8位操作模式,即12位轉換數字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據時序關系,在芯片選擇/CS=0時,轉換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉換一次。再查詢轉換結束端/EOC,看轉換是否已經結束,若結束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數字量的讀取則要控制高字節有效端/HBE,先讀取高字節,再讀取低字節。整個A/D操作大致如此,在實際開發應用中調整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉換后的12位數字量值。
RS232接口電路的設計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅動器、2個接收器和1個電壓發生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發送針腳就能實現:同一個串口的接收腳和發送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發生器,其計數初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當每次測量電壓采集數據時,單片機有端口輸出時,用發光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數據采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調試過程中,借助“串口調試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統提高效率。
單片機編程
下位機單片機的數據采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調試借助WAVE2000仿真器,本系統有集成的ISP仿真調試環境。
在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規范要求,在實際開發中,要不斷加以調試。最后將下位機調試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應用程序,串口通信采用MSComm控件來實現。其他操作此處不贅述,編程實現一個良好的人機界面。數字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現的Windows程序,整個樣機功能得以實現。
功能結果
數字電壓表范文第2篇
數字電壓表的設計和開發，已經有多種類型和款式。傳統的數字電壓表各有特點，它們適合在現場做手工測量，要完成遠程測量并要對測量數據做進一步分析處理，傳統數字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數字電壓表，既可以完成測量數據的傳遞，又可借助PC，做測量數據的處理。所以這種類型的數字電壓表無論在功能和實際應用上，都具有傳統數字電壓表無法比擬的特點，這使得它的開發和應用具有良好的前景。
新型數字電壓表的整機設計
該新型數字電壓表測量電壓類型是直流，測量范圍是-5～+5V。整機電路包括:數據采集電路的單片機最小化設計、單片機與PC接口電路、單片機時鐘電路、復位電路等。下位機采用AT89S51芯片，A/D轉換采用AD678芯片。通過RS232串行口與PC進行通信，傳送所測量的直流電壓數據。整機系統電路如圖1所示。
數據采集電路的原理
在單片機數據采集電路的設計中，做到了電路設計的最小化，即沒用任何附加邏輯器件做接口電路，實現了單片機對AD678轉換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC，由于其內部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內部時鐘和三態緩沖數據輸出等部件，所以只需要很少的外部元件就可以構成完整的數據采集系統，而且一次A/D轉換僅需要5ms。
在電路應用中，AD678采用同步工作方式，12位數字量輸出采用8位操作模式，即12位轉換數字量采用兩次讀取的方式，先讀取其高8位，再讀取其低4位。根據時序關系，在芯片選擇/CS=0時，轉換端/SC由高到低變化一次，即可啟動A/D轉換一次。再查詢轉換結束端/EOC，看轉換是否已經結束，若結束則使輸出使能/OE變低，輸出有效。12位數字量的讀取則要控制高字節有效端/HBE，先讀取高字節，再讀取低字節。整個A/D操作大致如此，在實際開發應用中調整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式，輸入電壓范圍是-5～+5V，根據公式Vx10(V)/4096*Dx，即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉換后的12位數字量值。
RS232接口電路的設計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅動器、2個接收器和1個電壓發生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉換的功能，使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9，串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發送針腳就能實現:同一個串口的接收腳和發送腳直接用線相連，兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中，用定時器T1作波特率發生器，其計數初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設置為1200b/s，而SMOD=1，fosc=6MHz，計算得到計數初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察，當每次測量電壓采集數據時，單片機有端口輸出時，用發光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數據采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程，上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調試過程中，借助“串口調試助手”工具，有效利用這個工具為整個系統提高效率。
單片機編程
下位機單片機的數據采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調試借助WAVE2000仿真器，本系統有集成的ISP仿真調試環境。
在采集程序中，單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規范要求，在實際開發中，要不斷加以調試。最后將下位機調試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0，建立一個基于對話框的MFC應用程序，串口通信采用MSComm控件來實現。其他操作此處不贅述，編程實現一個良好的人機界面。數字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現的Windows程序，整個樣機功能得以實現。
功能結果
數字電壓表范文第3篇
在單片機數據采集電路的設計中,做到了電路設計的最小化,即沒用任何附加邏輯器件做接口電路,實現了單片機對AD678轉換芯片的操作。
AD678是一種高檔的、多功能的12位ADC,由于其內部自帶有采樣保持器、高精度參考電源、內部時鐘和三態緩沖數據輸出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以構成完整的數據采集系統,而且一次A/D轉換僅需要5ms。
在電路應用中,AD678采用同步工作方式,12位數字量輸出采用8位操作模式,即12位轉換數字量采用兩次讀取的方式,先讀取其高8位,再讀取其低4位。根據時序關系,在芯片選擇/CS=0時,轉換端/SC由高到低變化一次,即可啟動A/D轉換一次。再查詢轉換結束端/EOC,看轉換是否已經結束,若結束則使輸出使能/OE變低,輸出有效。12位數字量的讀取則要控制高字節有效端/HBE,先讀取高字節,再讀取低字節。整個A/D操作大致如此,在實際開發應用中調整。
由于電路中采用AD678的雙極性輸入方式,輸入電壓范圍是-5～+5V,根據公式Vx10(V)/4096*Dx,即可計算出所測電壓Vx值的大小。式中Dx為被測直流電壓轉換后的12位數字量值。
RS232接口電路的設計
AT89S51與PC的接口電路采用芯片Max232。Max232是德州儀器公司(TI)推出的一款兼容RS232標準的芯片。該器件包含2個驅動器、2個接收器和1個電壓發生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。Max232芯片起電平轉換的功能,使單片機的TTL電平與PC的RS232電平達到匹配。
串口通信的RS232接口采用9針串口DB9,串口傳輸數據只要有接收數據針腳和發送針腳就能實現:同一個串口的接收腳和發送腳直接用線相連,兩個串口相連或一個串口和多個串口相連。在實驗中,用定時器T1作波特率發生器,其計數初值X按以下公式計算:
串行通信波特率設置為1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,計算得到計數初值X=0f3H。在編程中將其裝入TL1和THl中即可。
為了便于觀察,當每次測量電壓采集數據時,單片機有端口輸出時,用發光二極管LED指示。
軟件編程
軟件程序主要包括:下位機數據采集程序、上位機可視化界面程序、單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語言編程,上位機的操作顯示界面采用VC++6.0進行可視化編程。在串口通信調試過程中,借助“串口調試助手”工具,有效利用這個工具為整個系統提高效率。單片機編程
下位機單片機的數據采集通信主程序流程如圖2所示、中斷子程序如圖3所示、采集子程序如圖4所示。單片機的編程仿真調試借助WAVE2000仿真器,本系統有集成的ISP仿真調試環境。
在采集程序中,單片機的編程操作要完全符合AD678的時序規范要求,在實際開發中,要不斷加以調試。最后將下位機調試成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash單元中。
人機界面編程
打開VC++6.0,建立一個基于對話框的MFC應用程序,串口通信采用MSComm控件來實現。其他操作此處不贅述,編程實現一個良好的人機界面。數字直流電壓表的操作界面如圖5所示。運行VC++6.0編程實現的Windows程序,整個樣機功能得以實現。
功能結果
數字電壓表范文第4篇
關鍵詞 ：電力系統；電壓測量儀；應用；
一、電力系統
（一）電力的發展
電力是以電能作為動力的能源。發明于19世紀70 年代，電力的發明和應用掀起了第二次工業化。成為人類歷史18世紀以來，世界發生的三次科技革命之一，從此科技改變了人們的生活。20世紀出現的大規模電力系統是人類工程科學史上最重要的成就之一，是由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成的電力生產與消費系統。它將自然界的一次能源通過發電動力裝置轉化成電力，再經輸電、變電和配電將電力供應到各用戶。電力業的發展，給人們的生活帶來了許多便捷之處。現如今，我們已經離不開電力業。
（二）電力系統的概述
電力系統是指通過電力網連接在一起的發電廠，變、配電站以及用戶電氣設備的總體稱為電力系統。電力系統包括：發電機、變壓器，高、低壓架空線路配電裝置以及各種電力、電熱、照明等用電設備。在電力系統中，主要分為發電環節、輸電環節、變電環節、配電環節。對于電力系統的特點，主要是擔負生產、分配電能的，電能的生產，供給、分配和消費是同時進行的。電力系統的生產必須保證連續性和平衡性。就是說，在電力的供、需過程中，要求始終保持功率的平衡，始終保證不間斷的供電。電力系統的生產要具有先進性，在國民經濟發展中電力生產應該先行，沒有充分的電力工業的發展，國民經濟的發展是不可能的。電力系統的集成統一調度使得供、用電之間的關系密不可分。
（三）電力系統的要求
1.供電可靠性。用戶要求電力系統有足夠的可靠性，特別是連續供電，用戶要求電力系統能在任何時間內都能滿足用戶用電的需要，即便在電力系統中局部出現故障情況，仍不能對某些重要用戶的供電有很大的影響，因此，為了滿足電力系統的供電可靠，要求電力系統至少具備10%-15%的備用容量。
2.保證合格的電能質量。供電質量的優、劣，直接關系到用電設備的安全經濟運行和生產的正常運行，對國民經濟的發展也有著重要的意義。無論是供電的電壓、頻率以及不間斷地供電，哪一方面達不到標準都會對用戶造成不良后果。因此，要求電力系統應確保對用戶供電的電能質量。
3.要求電力系統安全、經濟、合理地運行。電力系統應該安全、經濟、合理地供電，這同時也是供、用電雙方要求達到的目標。為了達到這一目標，就需要供、用電雙方共同加強運行管理，做好技術管理工作，同時還要求用戶積極配合、密切協作，提供必要的方便條件。
4.電力系統電力網運行調度的靈活性。對于一個龐大的電力系統和電力網，必須做到運行方式靈活、調度管理先進。只有如此，才能做到系統的安全可靠地運行。只有靈活的調度，才能解決系統局部故障時，檢修的及時，達到系統的安全、可靠、經濟和合理地運行。
二、電壓測量儀
（一）電壓測量儀的概述
電壓測量是電子電路測量的一個重要內容，在集總參數的電路里，表征電信號能量的三個基本參量是電壓、電流和功率。但從測量的觀點來看，測量的主要參量是電壓，因為在標準電阻兩端若測量出電壓值，那么就可通過計算求得電流或功率。此外，由于測量電壓較為方便，諸如失真度、調制度等電壓的派生量通常也通過測量電壓獲得其量值，有時對于溫度、壓力等非電量也都常被轉化為電壓進行測量。因此，電壓測量是其他許多電參量測量的基礎，而電壓測量儀器則是電子測量儀器中最基本、最常用的儀器之一。在電氣系統中占有重要的作用。
（二）電壓測量儀的分類
1.模擬電壓表。模擬電壓表常以磁電式電流表作指示器顯示測量結果，其測量準確度和分辨力不及數字電壓表，但其具有結構簡單，價格便宜，頻率范圍寬等優點。模擬電壓表按工作頻率分類，可以分為超低頻、低頻、視頻、高頻、或射頻和超高頻電壓表。按測量電壓級別可以分為電壓表和毫伏表，按電壓測量準確度等級分類分為九個等級。如果按刻度分，可以分為：線性刻度、對數刻度、指數刻度和飛線性刻度。
2.數字電壓表。數字電壓表采用數字形式輸出、直觀顯示測量結果，除具有測量準確度高、速度快、輸入抗阻大，過載能力強，抗干擾能力強和分辨力高等優點外，還便于和計算機及其他設備組成自動測試儀器和系統。數字電壓表一般按功能分為直流數字電壓表和交流數字電壓表。直流數字電壓表按轉換器的轉換方式可分為比較型、積分型和復合型直流數字電壓表。交流數字電壓表按變換原理可分為峰值型、平均值型和有效值型交流數字電壓表。
三、應用的意義
電力能源已經是我們生活不可或缺的重要能源。電力系統的有效利用，能夠更好地完善我國發電業的輸出工作。電力業的發展是國民經濟發展中最重要的基礎能源產業，是國民經濟的第一基礎產業，是關系國計民生的基礎產業，是世界各國經濟發展戰略中的優先發展重點。作為一種先進的生產力和基礎產業，電力行業對促進國民經濟的發展和社會進步起到了重要作用。電力行業的飛速發展，離不開電力系統的有效配合。在電力系統中，電壓測量儀的應用起著重要的作用。
結語：隨著中國經濟的發展，對電的需求量不斷擴大，電力銷售市場的擴大又刺激了整個電力生產的發展。在電力系統中，電能平衡的測量電壓測量儀對其作用相當重要，有電壓測量儀的存在可以減少電網中的電壓損耗，使用電使用戶安全用電。電壓測量儀是電力發展業的重要儀器。電力系統不可或缺的儀器。
參考文獻：
[1]陸逸榮.電子測量技術[M].北京:電子工業出版社,2003.
數字電壓表范文第5篇
關鍵詞 系統工程 實踐教學 課程設計 單片機 A/D轉換芯片
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
0 前言
實踐教學是高等應用型人才培養體系中的一個重要環節，它對培養學生的工程素養和實踐動手能力起著極其重要的意義。實踐教學包括專業課程實驗、開放性實驗、課程設計、電子競賽和畢業設計等，其中課程設計、電子競賽、畢業設計按教學組織大多是由專業教師承擔教學任務。
如何制定人才培養流程，使整個實踐教學過程做到系統化和整體性，一方面需要合理安排與本專業學科基礎類課程相關的實驗教學環節，另一方面要探索課程設計、電子競賽、畢業設計等專業工程實踐環節的規劃，充分擴展專業特色課程相關的實踐教學的內涵。其中后者是提高學生動手能力和綜合思考問題最佳方式。
1 以系統工程的思想構建專業實踐教學體系
系統是由互相關聯、互相制約、互相作用的若干組成部分構成的具有某種功能的有機整體。系統工程是運用系統思想直接改造客觀世界的一大類工程技術的總稱。專業實踐課程活動涉及到學生專業學習的整個階段，也可以看作是一項系統工程。為了提高專業實踐教學活動的教學效果，保證專業知識的可持續性發展，就應該按照系統工程的思想和方法，協調專業實踐教學活動中各項因素。在實際工作中，一方面要重視每一項工作，將每一項工作做到位，另一方面要重視各項工作的內在聯系，建立系統的、整體的教學體系，這樣才能使實踐教學的功能最大化。
目前在高校的實踐教學中常見的問題是缺乏大學四年整體的實踐教學體系，學生每一年都在做不同的實驗不同的設計，設計的系統性和完整性被割裂開，學生不能用聯系的眼光去看全部的設計，不能體會到各專業課程之間的聯系和傳承。針對這一情況，必須做好系統化統籌安排。
結合各個階段專業課程的學習，合理安排專業實踐環節，最大限度激發學生的主動性和能動性，是專業教師必須思考的問題。下文以浙江科技學院測控專業某小組四年的課程設計、專業實驗和畢業設計為例，詳細介紹如何將教師和學生結合起來，系統地完成四年的專業教育。
2 改革與探索――以數字電壓表的設計為例
基于系統化工程的實踐環節，專業教師根據學生學習的各個階段，合理安排與專業課程相對應的課程設計環節，有效地發掘各個環節的密切聯系，培養學生系統化的設計理念。
在一年級本科始業教育和專業認知實習環節，專業老師提供各種設計題目供學生進行分組選擇，這些題目必須具有傳承性的，并且說明各個設計要用到的專業知識，比如說電子課程設計要有電路原理、數字電路和模擬電路相關知識；下一階段就要用到單片機和傳感器等知識；再下一個設計可能要用到虛擬儀器、控制系統等知識，讓學生在一年級就對本專業的整體構造有感性認識，從而激發他們專研專業知識的興趣。
2.1 基于ICL7107的多量程直流數字電壓表的設計
根據教學計劃的安排，在一二年級學生所接觸的主要是專業基礎課，學生能自由掌控的專業知識有限，因此在二年級電子課程設計中，我們要求學生設計一款直流數字電壓表，具體要求是能實現0mV～2V測量范圍。專業教師只負責提出任務以及實現的功能，學生自行查閱資料，提出解決方案，然后師生一起討論可行性。在實踐中，學生提出了以ICL7107，ICL7135等芯片不同的解決方案。
2.1.1 數字電壓表的組成
數字電壓表基本量程200Mv，可以擴展量程2V和20mV。整個電路設計沒有超越學生現有理論知識，學生有能力獨立完成，同時功能的擴展又要求學生綜合運用所學的各門專業課程，完成復雜電路的設計，鍛煉了綜合分析問題并獨立解決問題的能力。
2.1.2 總結分析
這一階段學生只能使用電路模電和數電的相關知識，結合電子綜合實驗，學生查閱資料，了解ICL7107的原理，掌握雙積分式芯片的基本電路的設計，完成了芯片的供電模塊―― 直流穩壓電源的設計，并可以在此基礎上開拓量程自動切換的功能（如圖1所示）。
2.2 基于單片機的數字電壓表的設計
隨著二三年級大量專業課程的學習，學生可以運用的專業知識更加豐富了，他們可以完成設計的功能也隨之更加強大。在此基礎上，學生延續前面的設計，改進了電壓表的設計。
2.2.1 基于單片機的數字電壓表的設計
由于ICL7107沒有BCD碼輸出，沒有像ICL7135那樣的BUSY信號，在與單片機連接時，學生遇到了障礙，于是又展開了一場討論，如何利用單片機只是完成直流/交流電壓的測試任務。根據大量查閱的文獻資料，有學生提出采用ICL7135芯片的想法，該芯片與ICL7107工作原理相似，是4 1/2位A/D轉換器，加上電路ICL7135可組成一個滿量程為2V的數字電壓表。ICL7135可以采用并行采集方式與單片機系統進行連接。如圖2所示，模擬電壓送到ICL7135進行A/D轉換，然后送到單片機中進行數據處理。處理后的數據送到數碼管中顯示。其中ICL7135電源部分可以沿用上學期的直流穩壓電源。
2.2.2 總結分析
現階段可以要求學生用到所學的單片機等知識，完成功能更多、精度更高的課程設計。在單片機等課內實驗中，學生完成了單片機最小實現系統，結合前期所做的電子課程設計，學生可以開發基于單片機的數字電壓表。該設計引入單片機編程實現從數字量編碼轉換到七段譯碼，最后送到數碼管顯示輸出測量結果。學生利用單片機最小實現系統，擴展單片機系統的應用，專業知識得到了綜合運用。
2.3 基于ICL7135的畢業設計
ICI7107/7135都是CMOS雙積分A/D轉換芯片，可以轉換輸出 000個數字量，對外提供6個輸入、輸出控制信號。因此，除用于數字電壓表外，還能與異步接受/ 發送器、微處理器或其他控制電路連接使用。
因此，在選做畢業設計題目過程中，學生對需要進行模擬信號處理的設計中大多選用這兩款芯片，如圖3所示，在選用ICL7135作為A/ D 轉換器，模擬信號由傳感器采集，由ICL7135 轉換后數字量送入單片機，由單片機對ICL7135 輸出的信號進行處理，在數碼顯示管（LED）上顯示。并可通過鍵盤輸入溫度設定值。單片機根據設定溫度進行相關運算（如PID、模糊運算等），產生控制信號。
當然還可以挖掘更多的基于ICL7107和7135的應用的實例，這里我們致力于讓學生對知識點的綜合運用，當他們能用課堂上所學到的知識，系統地解決一個實際的問題，這里面的滿足感和成就感能大大激發學生的學習潛能，提高學習效率。
