第4章电子电压表
教学目的和要求本章主要讲述了对各种电压的测量方法、测量所用的仪表的基本组成和原理以及仪表的使用方法。要求同学们重点掌握电压的基本测量原理、各种仪表的基本组成及正确使用。
关键词汇电压测量(voltage detect)、峰值(peak value)、平均值(average value)、有效值(efficient value)、AC/DC转换(AC/DC convert)、A/D转换(A/D convert)。
4.1 概述
电压、电流、功率是表征电信号能量大小的三个基本参量。在电子电路中，只要测量出其中一个参量就可以根据电路的阻抗求出其它二个参量。考虑到测量的方便性、安全性、准确性等因素，几乎都用测量电压的方法来测定表征电信号能量大小的三个基本参量。此外，许多参数，例如频率特性、谐波失真度、调制度等都可视为电压的派生量。所以电压的测量是其它许多电参量，也包括非电量测量的基础。
电压测量主要是采用电子电压表对正弦电压的稳态值及其它典型的周期性非正弦电压参数进行测量。本章重点讨论模拟和数字式两种电压表的结构、原理和使用方法。
4.1.1 电压测量的特点和基本要求
电子电路中的电压具有频率范围宽、幅度差别大、波形多样化等特点，所以对测量电压时所采用的电子电压表也提出了相应的要求，主要有：
（1）频率范围宽
被测信号电压的频率可以从0Hz到几千兆赫茲范围内变化，这就要求测量信号电压仪表的频帶要覆盖较宽的率频范围。
（2）测量电压范围广
通常，被测信号电压小到微伏级，大到千伏以上。这就要求测量电压仪表的量程相当宽。电压表所能测量的下限值定义为电压表的灵敏度，目前只有数字电压表才能达到微伏级的灵敏度。
（3）输入阻抗高
电压测量仪表的输入阻抗是被测电路的附加并联负载。为了减小电压表对测量结果的影响，就要求电压表的输入阻抗很高，即输入电阻大，输入电容小，使附加的并联负载对被测电路影响很小。
（4）测量精度高
一般的工程测量，如市电的测量、电路电源电压的测量等都不要求高的精度。但对一些特殊电压的测量确要求有很高的测量精度。如对A/D变換器的基准电压的测量，对稳压电源的稳压系数的测量都要求有很高的测量精度。
（5）抗干扰能力強
测量工作一般都在存在干扰的环境下进行，所以要求测量仪表具有较強的抗干扰能力。特别是高灵敏度、高精度的仪表都要具备很強的抗干扰能力，否则就会引入明显的测量误差，达不到测量精度的要求。对于数字电压表来说，这个要求更为突出。
4.1.2 电子电压表的分类
电压表按其工作原理和读数方式分为模拟式电压表和数字式电压表两大类。
（1）模拟式电压表
模拟式电压表又叫指针式电压表，一般都采用磁电式直流电流表头作为被测电压的指示器。测量直流电压时，可直接或经放大或经衰减后变成一定量的直流电流驱动直流表头的指针偏转指示。测量交流电压时，必需经过交流-直流变换器即检波器，将被测交流电压先转换成与之成比例的直流电压后，再进行直流电压的测量。模拟式电压表按不同得方式又分为如下几种类型：
①按工作频率分类：分为超低频（1kHz以下）、低频（1MHz以下）、视频（30MHz以下）、高频或射频（300MHz以下）、超高频（300MHz以上）电压表。
②按测量电压量级分类：分为电压表（基本量程为V量级）和毫伏表（基本量程为mV量级）。
③按检波方式分类：分为均值电压表、有效值电压表和峰值电压表。
④按电路组成形式分类：分为检波-放大式电压表、放大-检波式电压表、外差式电压
表三类。
图4.1 检波-放大式电压表方框图
a、检波-放大式：电路结构如图4.1所示。
它将被测电压Ux先变成直流电压，再经直流放大器放大，然后驱动直流微安表指针偏转。电压表的频带宽度主要取决于检波电路的频率响应。通常所称“高频电压表”或“超高频电压表”都属于这一类。由于二极管导通时有一定的起始电压，电表刻度的非线性，如采用普通直流放大器会有零点漂移，故其灵敏度不高，不适宜测小信号。
b、放大-检波式：这种类型的电压表方框图见图4.2。
图4.2 放大-检波式电压表方框图
被测电压先经宽带放大器放大，然后再检波，变成直流电信号，驱动微安表指针偏转。这种电压表灵敏度由于先行放大而提高，但受放大器内部噪声的限制；其频率范围主要受放大器带宽的限制，典型
的频率范围为20H
Z ～10MH
Z
, 称“视频毫伏表”。
c、外差式电压表：前面所讲的检波-放大式和放大-检波式两种电压表，频率响应和灵敏度互相矛盾，很难兼顾，这可以通过外差测量方法来解决。外差式电压表的电路结构图如图4.3所示，其原理与外差式收音机相似。被测信号通过输入电路（包括输入衰减器及高频放大器）在混频器中与本机振荡器的振荡信号混频，输出的中频信号经中频放大器选频放大，然后检波，驱动微安表指针偏转。
图4.3 外差式电压表方框图
外差测量法的中频是固定不变的，中频放大器有良好的选择性和相当高的增益，这样就解决了放大器的带宽与增益的矛盾，削弱噪声的影响，提高了测量灵敏度，扩展了频率范围。一般的高频微伏表属于这一类。
特别注意：不管哪类模拟式电压表，都要将被测信号电压转换成直流电流通过表头才能测量出电压结果。所以，测量机构(表头) 、测量线路以及转换开关是模拟式电压表不可缺少的组成部分。
（2）数字式电压表
数字式电压表实际上就是一种用A/D变換器作测量机构，用数字显示器显示测量结果的电压表。测量交流电压及其它电参量的数字式电压表必须在A/D变換器之前对被测电参量进行转换处理，将被测电
参量变換成直流电压。
A/D变換器是数字式电压表的核心部分，它的变換精度、分辨力、抗干扰能力直接影响数字式电压表的测量精度、灵敏度和抗干扰能力。
数字电压表一般按功能分为直流数字电压表和交流数字电压表。直流数字电压表按A/D（模拟/数字）转换器方式分为比较型、积分型和复合型。交流数字电压表按AC/DC（交流/直流）变换原理分为峰值型、平均值型和有效值型交流数字电压表。
4.2 模拟式交流电压表
4.2.1 交流电压的基本参数
交流电压的峰值、平均值和有效值是交流电压的基本参数，一个交流电压的幅度特性可用峰值、平均值、有效值基本参数和其基本参数的相互关系的波形因数、波峰因数五个参数来表征。
（1）峰值
U
P
一个周期性交流电压u(t)在一个周期内所出现的最大瞬时值称为该交流电压的峰值U p。峰值U p是参考零电平计算的。有正峰值和负峰值之分，分别用U p+和U p-表示。
含直流分量的交流电压，其正峰值U p+和负峰值U p-的绝对值大小是不相等的；与交流电压的振幅值U m也是不相等的。但当交流电压的直流分量为零时，其正峰值U p+和负峰值U p-的绝对值及交流电压的振幅值U m都是相等的。这里要特别注意峰值U p与振幅Um的区别，区别点在参考电平不相同，峰值U p 是相对于零电平值，而振幅U m是相对于直流分量值。
不同情况下的峰值与振幅值的含义如图4.4所示。
图4.4 交流电压的峰值与振幅值
（2）平均值U
交流电压的平均值在数学上定义为
U ＝
?
T
dt t u T
)(1 (4.1)
显然，不含直流分量的正弦信号的电压平均值为零。用这种定义来表征正弦信号的幅度特性就没有 实际意义的，所以在实际的测量中是用检波后的平均值来表征正弦信号的幅度特性。检波分半波检波和全波检波两种，检波后的波形如图4.5所示。
（a ）全波检波波形 （b ）半波检波波形
图4.5 正弦信号经检波后的波形
通常用全波检波后的波形的平均值来表征正弦信号的幅度特性，故有：
U ＝
dt t u T
T
?
)(1 (4.2)
半波检波后的平均值是全波检波后的平均值的一半，即为正弦信号电压平均值的一半。上述以理想正弦信号为典型例子来定义平均值，实际上各种交流信号波形电压的平均值都是用（4.2）式定义。
（3）有效值U
交流电压的有效值理论上定义为：在交流电压的一个周期内，该交流电压在一纯电阻负载中产生的热量与一个直流电压在同样情况下产生的热量相等时，则定义这个直流电压值为该交流电压的有效值。数学上交流电压的有效值定义为它的均方根值。
U ＝
?
T
dt t u T
2
)(1 (4.3)
没有特殊说明时，交流电压的测量值都是指有效值。 （4）波形因数f K
交流电压的有效值与平均值之比称为该交流电压的波形因数，用f K 表示。
f K ＝
U
U (4.4)
正弦信号的波形因数 f K ＝11.1
三角波的波形因数 f K ＝
3
2
方波信号的波形因数 f K ＝1 （5）波峰因数P K
波峰因数P K 定义为峰值与有效值之比
P K ＝
U
U P
(4.5)
正弦信号的波峰因数 P K ＝
2
三角波的波峰因数 P K ＝3 方波信号的波峰因数 P K ＝1
4.2.2 均值型电压表
在均值型电压表内，电压的平均值指被测电压经检波后的平均值，这通常是对全波检波而言，即输入电压的绝对值在一个周期的平均值。
U ＝
dt t u T
T
)(1 （4.6）
均值电压表一般采用放大-检波式电路组成低频电压表，或采用外差式电路组成高频微伏表。 （1）检波器电路
电子电压表内常用的均值检波器电路如图4.6所示，图（a ）为桥式电路，图（b ）中使用了两只电 阻代替图（a ）中的两只二极管，称半桥式电路。
图4.6 均值检
波器原理图
均值响应检波器输出平均电流out I 正比于输入电压的平均值。由于电流表动圈转动的惯性，其指针将指示out I 的值。为了使指针稳定，在表头两端跨接滤波电容，滤去检波器输出电流中的交流成分。
（2）定度系数和波形换算
考虑到正弦波是最基本的和应用最普通的波形以及有效值的实际意义，几乎所有的交流电压表都是按照正弦波电压有效值定度的。显然，如果检波器不是有效值响应，则有标称值（即示值αU ）与实际响应值之间存在一个系数，此系数即为定度系数，记作αK 。
对于均值响应检波器，在额定频率下加正弦波电压时的示值
αU ＝U K α (4.7)
所以 αK ＝U
U α＝f K ＝11.1 (4.8)
由此可知，如果用均值电压表测量纯正弦波电压，其示值αU 就是被测电压正弦波的有效值。如果被测电压是非正弦波电压时，其示值并无直接的物理意义，只有把示值经过换算后，才能得到被测电压的有效值。
首先按“平均值相等示值也相等”的原则将示值αU 折算成被测电压的平均值：
U ＝
αα
αU K U 9.0≈ （4.9）
再用波形因数f K （如果被测电压的波形已知）求出被测电压的有效值：
x U ＝αU K U K f f 9.0≈ (4.10) 综上所述，波形换算的方法是：当测量任意波形电压时，将测量结果（即表盘上的示值）先除以定度系数折算成被测电压的平均值，再乘以被测电压的波形因数（如果被测电压的波形已知）即可得到被测的非正弦电压有效值。
对于采用全波检波电路的电压表来说
x
U
αU K f 9.0≈ (4.11)
【例4.1】 用全波式均值表分别测量方波及三角波电压，示值均为1V ，问被测电压的有效值分别为多少？
解：（1）对于方波
αU U 9.0≈＝9.0V
x U ＝U K f ＝9.0V （2）对于三角波
αU U 9.0≈＝9.0V
x U ＝U K f ＝
3
239.0＝035.1V
（3）误差分析
均值电压表误差的主要来源有：指示电流表的误差，检波二极管的不稳定性以及被测电压超过频率范围及波形所造成的误差，这里着重分折波形误差。
以全波均值表为例，当以示值αU 作为被测电压的有效值x U 时所引起的绝对误差为 U ?＝αU －αU K f 9.0＝（1－f K 9.0）αU 示值相对误差u γ
u γ＝α
α
U U K f )9.01(- ＝1—f K 9.0 (4.12)
当被测电压为方波时(f K ＝1)
u γ＝1—f K 9.0＝10％
即产生＋10％的误差。 当被测电压是三角波时(f K ＝3
2
＝15.1)
u γ＝1—f K 9.0＝1－9.0315.1≈－5.3％
即产生－3.5％的误差。
由上述可见，对于不同的波形，所产生的误差大小和方向是不同的。不过，如果知道检波器的类型 及被测电压的波形因数，进行换算也是很方便的。
4.2.3 有效值电压表
（1）检波式有效值电压表的基本原理 电压有效值的定义是
U ＝
?
T
dt t u T
2
)(1 (4.13)
如果通过检波器来实现，就要求这种检波器具有平方律关系的伏安特性。图4.7给出一种基本电路形式。
图（a ）利用二极管正向特性曲线的起始部分，得到近似平方关系。选择合适的偏压E 0（大于被测电压ux (t )的峰值），可得到图（b ）所示波形图。
设检波二极管D 的检波系数为k ，则流过它的电流
i ＝[]2
0)(t u E k x + (4.14)
图4.7 平方律特性的获得
直流电流表指针的偏转角与电流I 的平均值I 成正比： I
＝
?
T
dt t i T
)(1＝
[]dt
t u E k T
T
x 2
0)(1?
+＝
2
02
02x x
kU U
kE kE ++
(4.15) 式中，
kE 20为静态工作点电流，即无信号输入时的起始电流；
x
U
为被测电压的平均值，对于正弦波或周期性对称的电压x U ＝0；
2x
kU
是与被测电压有效值平方成比例的电流平均值（I ）。
先设法在电路中抵消起始电流，则送到直流电流表电流为
I
＝2
x
kU
（4.16）
从而实现了有效值转换。
用这种有效值响应检波器所构成的有效值电压表在理论上可以测量任意周期性波形电压的有效值，不会产生波形误差。但当用正弦波电压有效值刻度时，表盘刻度是非线性的，因为I 和x U 的平方成正比。
一般来说，要想用这种方法获得具有理想平方律特性是困难的，二极管的正向特性曲线只有起始部分一小段接近平方律特性，动态范围很窄。如采用分段逼近法可得到动态范围较宽的接近理想的平方律特性，但必须
用较多的元件，电路较复杂，其i-u 特性曲线如图4.8所示。
（2）热电转换式有效值电压表
热电转换式电压表是实现有效值电压测量的一种重要方法。它利用具有热电变换功能的热电偶来实现有效值变换。
图4.9是热电转换电压表的示意图。图中，AB 为不易熔化的金属丝，称加热丝，M 为热电偶，它由两种不同材料的导体连接而成，其交界面与加热丝耦合，故称“热端”，而D 、E 为“冷端”。当加入被测电压u x 时，热电偶的热端C 点温度将高于冷端D 、E ，产生热电动势，故有直流电流流过微安表。该电流正比于热电动势。因为热端温度正比于被测电压有效值Ux 的平方，热电势正比于热、冷端的温度差，因而通过电流表的电流I 将正比于U 2X 。这
就完成了被测交流电压有效值到热电偶电路中直流电流之间的变换，从广义来讲，也就完成了有效值检波。
图4.10是DA-24型有效值电压表简化组成方框图，它采用热电偶作为AC ／DC 变换元件。其中M 1为测量热电偶，M 2为平衡热电偶。
被测电压)(t u x 经宽带放大器放大后加到测量热电偶M 1的加热丝上，经热电变换得热电动势x E ，它正
比于被测电压有效值x U 的平方，即2
1)(x x U A K E 。
式中，1A 为宽带放大器电压放大倍数；K 为热电偶转换系数。
平衡热电偶M 2与M 1的性能相同，其作用有二：一是使表头刻度线性化，二是提高热稳定性。在被测电压经放大后加到M 1的同时，经直流放大器放大后的输出电压也加到平衡热电偶M 2上，产生热电动势f E ＝2out
KU 。当直流放大器的增益足够高且电路达到平衡时，
其输入电压in
U
＝x E －f E ≈0，即x E ＝f E ，所以out U ＝x U A 1。由此可知，如两个热电
偶特性相同（即K 相同），则通过图示反馈系统，输出直流电压就正比)(t u x 有效值x U ，所以表头示值与输入呈线性关系。
这种仪表的灵敏度及频率范围取决于宽带放大器的带宽及增益，表头刻度线性，基本没有波形误差。其主要缺点是有热惯性，使用时需等指针偏转稳定后才能读数，而且过载能力差，容易烧坏，使用时应注意。
（3）计算式有效值电压表
交流电压的有效值即其均方根值。根据这一概念，利用模拟电路对信号进行平方、积分、
开平方等运算即可得到测量结果。
图4.11是计算式转换器方框图。第一级为模拟乘法器，第二级为积分器，第三级对积
分器的输出电压进行开方使输出电压大小与被测电压有效值成正比，从而得到最后测量结
果。
4.2.4 峰值电压表
测量高频电压一般不用均值电压表和有效值电压表，原因是它们的检波器件在测量时导
通时间较长，因而其输入阻抗较低。为了使不因电压表的接入而对被测电路产生较大影响，
在检波前要加入跟随器进行隔离。测量高频电压时，由于放大器的带宽限制，会产生较大的
频率误差。为了避免这种情况，常采用检波－放大式电压表来测量高频电压，将被测交流信
号首先通过探极进行检波，使其变成直流电压，然后再放大。这种电压表多为峰值电压表，
其检波器为峰值检波器。
（1）峰值电压表的工作原理
对于任意波形的周期性交流电压，在所观察的时间或一个周期内其电压所能达到的最大
值即称为峰值，用Up表示。对于正弦波而言，峰值就等于其振幅值Um。
峰值响应检波器电路如图4.12所示。其中图（a）为串联式，图（b）为并联式，其电
路形式与均值响应检波器无显著差别，但其参数选取必须满足：
RC>> 式中，Tmax―被测交流电压的最大周期 Tmin―被测交流电压的最小周期 R Σ―信号源内阻和二极管正向电阻之和 这样的电路参数使检波器输出电压平均值 R U 近似等于输入电压)(t u X 的峰值。在图4.12（a ）中因为电容C 充电时间短放电时间长，从而保持其两端的电压始终接近于输入电压的峰值，即P C R U U U ≈=。 在图4.12（b ）所示的并联峰值检波器中，)(t u X 正半周通过二极管D 给电容迅速充电，而负半周C 两端电压缓慢向R 放电，使P C R U U U ≈=。 上述两种电路相比较，并联式检波电路中的电容C 还起着隔直流的作用，便于测量含有直流成分的交流电压。但R 上除直流电压外。还叠加有交流电压，增加了额外的交流通路，故其输入电阻低于串联式电路。 （2）定度系数及波形换算方法 峰值表和均值表类似，一般也是按正弦波有效值进行定度，在额定频率下度盘的示值 α U ＝ P U K α （4.18） 式中，αK 是定度系数。 因为以正弦波有效值定度，所以， α K ＝P U U ＝ P K 1＝ 2 2 （4.19） 式中。P U 及U 分别表示正弦波的峰值及有效值。 根据波峰因数的定义，正弦波的波峰因数为P K ＝2，即定度系数的倒数；而方波的P K ＝1，三角波的P K ＝3。 与在均值电压表中所讲的道理相同，当用峰值电压表测量非正弦波电压时，其示值没有直接的物理意义。按照“示值相等峰值也相等”的原则，将示值除以定度系数αK 得到被测电压得峰值，再利用波峰因数换算成被测电压)(t u X 的有效值x U 。具体步骤如下： P U ＝ a U 2 （4.20） X U ＝P P U K 1＝ a P U K 2 （4.21） 【例4.2】 用峰值电压表分别测量方波和三角波电压，示值均为10V 。求被测电压的有效值是多少伏？ 解：（1）对于方波 αU ＝10V P U ＝a U 2＝14.1V X U ＝P P U K 1＝14.1V （2）对于三角波 αU ＝10V P U ＝a U 2＝14.1V X U ＝P P U K 1＝ 3 1314.1≈8.2V 可见，用峰值电压表测量非正弦波电压时，直接把度盘示值作为被测电压的有效值是不对的，必须进行换算。 （3）误差分析 峰值电压表的误差来源主要有指示电表的误差、检波器件的非线性及其不稳定误差、频率误差、波形误差等，此外还有理论误差。下面分析后三种误差。 ①理论误差 在峰值电压表中，用检波电路的输出平均电压R U 代替被测电压的峰值，但是R U 总是小于P U ，即使对于纯正弦波电压亦是如此，这是峰值电压表的固有误差，即为理论误差。它与电容的充、放电时间常数有关。经数学分析可得到，对于纯正弦波电压，其理论误差为 U ?＝R U － P U （4.22） P U U ?≈-2.2 3 2 ??? ? ??∑R R U R （4.23） 这是一个负误差。使示值偏低，即检波器的输出电压R U 总是小于P U 。 ②频率误差 峰值电压表适用于高频测量，因为RC>>Tmax 的条件容易满足；如果应用在低频情况，因为信号的周期较长，R U 下降，测量误差也随之增加。低频时相对误差为 l γ＝fRC 21- （4.24） 式中， f 为被测信号频率。 低频误差也是一个负误差，频率越低，误差越大。 ③波形误差 当用峰值电压表测量正弦波电压时，如信号失真较大，由于峰值检波器对波形的凸起部 分非常敏感，故会造成较大的波形误差（而均值表就不会出现这种情况），此时不宜选用峰值表。如因条件限制必须使用时应进行误差修正。 如以示值αU 作为被测电压的有效值U ，则所引起的绝对误差为 U ?＝ ?? ? ? ? ? -a P A U K U 2 ＝ a P U k ??? ? ??-21 （4.25） 示值相对误差为 u γ＝ P K 21- （4.26） 很容易得出，测量三角波和方波时示值相对误差分别为18％和－41％。这两个数值表明，峰值电压表对波形失真更为敏感。 4.3 数字电压表 数字电压表可缩写为DVM 。这里只讨论用于测量直流电压的DVM 。加至DVM 的直流电压，可以是被测电压本身，也可以是被测交流电压经均值检波器转换的直流电压。 与模拟电压表相比，数字电压表有很多优点。它的量程范围宽，精度高，并以数字显示结果；测量速度快；它能向外输出数字信号，可与其它存储、记录、打印设备相连接；输入阻抗高，一般可达10M Ω左右。目前数字电压表已经广泛用于电压的测量和仪表的校准。 4.3.1 DVM 的主要技术性能 （1） 电压测量范围 ①量程：DVM 的量程以其基本量程（即未经衰减和放大的量程）为基础，再和输入通道 中的步进衰减器及输入放大器适当配合向两端扩展来实现。量程转换有手动和自动两种，自动转换借助于内部逻辑控制电路来实现。 ②显示位数：DVM 的位数指完整显示位，即能显示0～9十个数码的那些位。因此最大显示为名9 999和1 9999的数字电压表都为四位数字电压表。但是为了区分起见，也常把最大显示为1 9999的数字电压表称作位4 2 1位数字电压表。 ③超量程能力：指DVM 所能测量的最大电压超过量程值的能力，它是数字电压表的一个重要指标。数字式电压表有无超量程能力，要根据它的量程分档情况及能够显示的最大数字情况决定。 显示位数全是完整位的DVM ，没有超量程能力。带有1/2位的数字电压表，如果按2V 、20V 、200V 分挡，也没有超量程能力。 带有1/2位并以1V 、10V 、100V 分挡的DVM ，才具有超量程能力。如52 1位的DVM ，在 10V 量程上，最大显示19.9999V 电压，允许有100％的超量程。 如果数字电压表的最大显示为5.9999，称为44 3位。如量程按5V 、50V 、500V 分挡，则 允许有20％超量程。 （2）分辨力 分辨力指DVM 能够显示输入电压最小变化值的能力，即显示器末位读数跳一个单位所需的最小电压变化值。在不同的量程上，分辨力是不同的。在最小量程上，DVM 具有最高分辨力。 （3）测量误差 ①工作误差：指额定条件下的误差，以绝对值形式给出。 ②固有误差：指基准条件下的误差，常以下述形式给出： U ?＝)%%(m x U U ?+?±βα （4.27） 式中；x U 为被测电压读数； m U 为该量程的满度值； α为误差的相对项系数； x U %α为读数误差，随被测电压而变化，与仪器各单元电路的不稳定性有关； β为误差的固定项系数，m U %β表示满度误差； 对于给定的量程，m U %β是不变的。有时满度误差又用与之相当的末位数字的跳变个数来表示，记为±n 个字，即在该量程上末位跳n 个单位时的电压值恰好等于m U %β。 ③影响误差和稳定误差；它已包括在工作误差内，有的也可能以附加误差的形式给出。 （4）输入电阻和输入偏置电流 输入电阻，一般不小于10M Ω，高准确度的可优于1000M Ω，通常在基本量程时具有最大的输入电阻。输入偏置电流是指由于仪器内部产生的表现于输入端的电流，应尽量使该电流减小。 （5）抗干扰特性 按干扰作用在仪器输入端的方式分为串模干扰和共模干扰。一般串模干扰抑制比可达50～90dB ，共模干扰抑制比可达80～150dB 。 （6）测量速率 测量速率是在单位时间内以规定的准确度完成的最大测量次数，每秒几次或几十次不等，一般规律是测量速度越高的仪表，测量误差也大。 4.3.2 DVM 的组成及主要类型 （1）数字电压表(DVM)的组成 数字电压表的组成如图4.13所示，主要由模拟电路部分和数字电路部分组成。图中模拟部分包括输入电路（如阻抗变换器、放大器和量程转换器等）和A/D 转换器。A/D 转换器是数字电压表的核心，完成模拟量到数字量的转换。电压表的技术指标如准确度、分辨率等 主要取决于这一部分电路。数字部分完成逻辑控制、译码（将二进制数字转换成十进制）和显示功能。 （2）数字电压表(DVM)的类型 除了将DVM分成直流DVM和交流DVM外，还可以根据A/D变换的基本原理进行分类。 比较型A/D转换器是采用将输入模拟电压与离散标准电压相比较的方法，典型的是具有闭环反馈系统的逐次比较式。 积分型A/D转换器是一种间接转换形式。它对输入模拟电压进行积分并转换成中间量时间T或频率F，再通过计数器等将中间量转换成数字量。 比较型和积分型是A/D转换器的基本类型。由比较型A/D转换器构成的DVM测量速度快，电路比较 简单，但抗干扰能力差。积分型A/D转换器构成的DVM突出优点是抗干扰能力强，主要不足是测量速度慢。 复合型DVM是将积分型与比较型结合起来的一种类型。随着电子技术的发展，新的A/D 变换原理和器件不断涌现，推动DVM的性能不断提高。表4.1列出了三类A/D转换器的常见形式。 表4.1 A/D转换器的常见形式 下面以几种常用的典型电路为例，讨论A/D转换器的原理。 4.3.3 斜坡电压式DVM 时间和频率是两个比较容易数字化的量，利用计数器，时间和频率的数字化测量是十分容易实现的。斜坡电压式DVM就是这样考虑的，测量的第一步是用一个线性斜坡电压将模拟直流电压变换成容易数字化的时间间隔，而该时间间隔与被测量成正比。测量的第二步是利用计数法对这个时间间隔进行数字编码，以便把被测量用数字形式显示出来。 斜坡电压式 DVM简化方框图如图画4.14(ａ)所示，它的A/D变换部分实质上是一个电压-时间(V-T)变换器。斜坡电压发生器是这种DVM的核心部分，它产生线性十分良好的斜坡电压，斜坡电压变化范围从＋12V到－12V（以DVM的基本量程是10.00V为例）。斜坡电压分别接到两个比较器：输入比较器和接地比较器。输入比较将斜坡电压与输入被测电压于进行比较，当两者相等时，即测量过程发生第一次符合［见图4.14（ｂ）］，输入比较器的输出便改变状态。同样，在接地比较器中，当斜坡电压从＋12V变化到－12V的过程中通过0V 时，发生第二次符合，接地比较器的输出改变状态。 上述两个比较器的输出接至逻辑控制电路，后者输出控制计数器闸门的门控制信号，若斜坡电压Vr是理想线性的，则门控的时间间隔T正比于Ux。在闸门开通期间T内，时钟脉冲通过闸门进行计数。适当选择时钟脉冲频率和小数点的位置，就能以一定的位数显示出被测量。一次测量结束，逻辑控制电路输出复位信号，将计数器置零。 谈电流表电压表的使用方法 所示，表盘上标有字母“A”字样，该表就是测量电流强度的电流表。 表盘上标有字母“V”字样，该表是测量电压的电压表。 2．会接表电流表必须串联在待测电路中，电流表的“+”极必须跟电源的“+”极端靠近，电流表的“?”极必须跟电源的“?”极端靠近，电压表必须并联在待测电路的两端，注意正负极不能接反。使用电流表的时候，它的两个接线柱千万不能直接接到电源的两极上，以免由于电流过大而将电流表烧坏。 3．会选表的量程电流表和伏特表均有三个接线柱，看线怎么接，例如电流表如果接在“+”和“0.6”两个接线柱上，则量程为0.6安培，读表盘上的下面那组数；对电压表，如果接在“+”和“15”两个接线柱，则量程为15伏特，这时应该读表盘上的上面那组数。在实验前，如果不知怎么接，可先估计电路的电流强度和电压值。如果估计电流强度小于0.6安培，则选择0～0.6安培量程，如果估计电流强度大于0.6安培，小于3安培，此时就选0～3安培量程，若不能估计，可采用试触的办法进行（固定一个接线柱，用电路的另一个线头迅速试触最大量程的接线柱）据测试的数据选用适当的量程。对于电压表，若估计电压小于3伏特，则选0～3伏特量程，若估计大于3伏特，这时应选0～15伏特量程，不能估计也用试触的办法进行。 4．会试接电路按电路图接好实物图以后，必须进行试接电路，仔细观察两表的指针偏转情况，如果指针不偏转，说明是电路某处断路，也可能出现两表的位置互为接错，若指针向相反方向偏转，说明正负接线柱接反了，若指针偏转向需要方向太大了，则说明量程选小了；量程选大了，那么就不够准确，若指针偏转向需要方向太小，说明量程太大了，根据试接观察的实际情况，做相应的调整，而后便可进行实验。 5．会读表对初三学生很重要，中考中有的题型给出两表盘和指针位置，让读出相应读数，根据读数往后计算电阻、电功、电功率、电热等很多物理量，第一步如果失误，后面多数题全失分。首先弄清每个大格是多少，每个小格是多少，每个大格表示0.2安培（ 6．会区别两表的异同点相同点：①两表的正极都靠近电源的正极。②两表都要注意测量范围。不同点：①电流表必须串联在待测电路中，电压表必须并联在待测电路两端。②电流表不可直接连在电源的两极上，伏特表可直接连在电源的两极上。 电流表的使用规则 ①电流表要串联在电路中(否则短路。);②电流要从"+"接线柱入,从"-"接线柱出(否则指针反转。);③被测电流不要超过电流表的量程(可以采用试触的方法来看是否超过量程。);④绝对不允许不经过用电器而把电流表连到电源的两极上(电流表内阻很小，相当于一根导线。若将电流表连到电 MC14433组成数字电压表的原理与应用 器件介绍： MC14433是美国Motorola公司推出的单片3 1/2位A/D转换器，其中集成了双积分式A/D转换器所有的CMOS模拟电路和数字电路。具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只要外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下： 精度：读数的±0.05%±1字 模拟电压输入量程：1.999V和199.9mV两档 转换速率：2-25次/s 输入阻抗：大于1000MΩ 电源电压：±4.8V—±8V 功耗：8mW（±5V电源电压时，典型值） 采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0—Q3轮流输出，同时在DS1—DS4端输出同步字位选通脉冲，很方便实现LED的动态显示。 应用： MC14433最主要的用途是数字电压表，数字温度计等各类数字化仪表及计算机数据采集系统的A/D转换接口。 MC14433的引脚说明： [1]. Pin1(VAG)—模拟地，为高科 技阻输入端，被测电压和基准电压的接 入地。 [2]. Pin2(V R)—基准电压，此引脚 为外接基准电压的输入端。MC14433只要 一个正基准电压即可测量正、负极性的 电压。此外，V R端只要加上一个大于5 个时钟周期的负脉冲(V R)，就能够复为至 转换周期的起始点。 [3]. Pin3(Vx)—被测电压的输入端，MC14433属于双 积分型A/D转换器，因而被测电压与基准电压有以下关系： 因此，满量程的Vx=V R 。当满量程选为1.999V，V R 可 取2.000V，而当满量程为199.9mV时，V R 取200.0mV，在实 际的应用电路中，根据需要，V R 值可在200mV—2.000V之间 选取。 [4]. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)—外接积分元件端。 次三个引脚外接积分电阻和电容，积分电容一般选0.1uF聚脂薄膜电容，如果需每秒转换4次，时钟频率选为66kHz，在2.000V满量程时，电阻R1约为470kΩ，而满量程为200mV时，R1取27kΩ。 [5]. Pin7、Pin8(C 01 、C 02 )—外接失调补偿电容端，电容一般也选0.1uF聚脂薄膜电容即可。 [6]. Pin9(DU)—更新显示控制端，此引脚用来控制转换结果的输出。如果在积分器反向积分周期之前，DU端输入一个正跳变脉冲，该转换周期所得到的结果将被送入输出锁存器，经多路开关选择后输出。否则继续输出上一个转换周期所测量的数据。这个作用可用于保存测量数据，若不需要保存数据而是直接输出测量数据，将DU端与EOC引脚直接短接即可。 [7]. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)—时钟外接元件端，MC14433内置了时钟振荡电路，对时钟频率要求不高的场合，可选择一个电阻即可设定时钟频率，时钟频率为66kHz时，外接电阻取300kΩ即可。 若需要较高的时钟频率稳定度，则需采用外接石英晶体或LC电路，参考附图。 1.1数字电压表介绍 数字电压表简称DVM，数字电压表基本原理是将输入的模拟电压信号转化为数字信号，再进行输出显示。而A/D转换器的作用是将连续变化的模拟信号量转化为离散的数字信号，器基本结构是由采样保持，量化，编码等几部分组成。因此AD转换是此次设计的核心元件。输入的模拟量经过AD转换器转换，再由驱动器驱动显示器输出，便得到测量的数字电压。 本次自己的设计作品从各个角度分析了AD转换器组成的数字电压表的设计过程及各部分电路的组成及原理，并且分析了数模转换进而使系统运行起来的原理及方法。通过自己的实践提高了动手能力，也只有亲历亲为才能收获掌握到液晶学过的知识。其实也为建立节约成本的意识有些帮助。本次设计同时也牵涉到了几个问题：精度、位数、速度、还有功耗等不足之处，这些都是要慎重考虑的，这些也是在本次设计中的收获。 1.3 本次设计要求 本次设计的作品要求制作数字电压表的量程为0到10v，由于用到的模数转换芯片是ADC0809，设计系统给的供电电压为+5v，所以能够测量的电压围为-0.25v到5.25v之间，但是一般测量的直流电压围都在这之上，所以采用电阻分压网络，设计的电压测量围是0到25v之间，满足设计要求的最大量程5v的要求。同时设计的精度为小数点后三位，满足要求的两位小数的精度，在不考虑AD芯片的量化误差的前提下，此次设计的精度能够满足一般测量的要求。 2单片机和AD相关知识 2.1 51单片机相关知识 51单片机是对目前所有兼容intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是intel的8031单片机，后来随着技术的发展，成为目前广泛应用的８为单片机之一。单片机是在一块芯片集成了CPU、RAM、ROM、定时器／计数器和多功能I/O口等计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU。51系列单片机包含以下几个部件： 一个８位CPU；一个片振荡器及时钟电路； 4KB的ROM程序存储器； 一个128B的RAM数据存储器； 寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储空间的控制电路； 32条可编程的I/O口线； 两个16位定时／计数器； 一个可编程全双工串行口； ５个中断源、两个优先级嵌套中断结构。51系列单片机如下图： 图1 51单片机引脚图 《微机原理与接口技术》 课程设计 姓名：黄涛 学号：0945531222 班级：09电信2班 专业：电子信息工程 学院：电气与信息工程学院 江苏科技大学张家港校区 2012年6月 目录 一理论部分 (2) 1课题要求与内容 (2) 2 系统方案设计 (2) 3 系统硬件的设计 (3) 二实践部分 (4) 1 系统硬件原理简介 (4) 2 系统硬件调试中出现的问题及解决措施 (8) 3 系统软件 (8) 3.1 软件设计 (8) 3.2软件调试中出现的问题及解决措施 (10) 三附录 (11) 数字电压表的设计 一理论部分 1 课题要求与内容 基本要求： （1）使用AD0809获取电压数据。 （2）数据在数码管上面实时显示。 （3）通过按键设置采样时间，比如60秒采集一次。 （4）采样时间计时结束后产生中断，采集电压数据。 附加要求： （1）通过串口在PC上的串口调试助手显示实时电压信号。 2 系统方案设计 本电路采用模块化设计,主要由A/D转换模块、控制模块和LED显示模块组成. 图 1 数字电压表原理框图 框图功能说明 基准电源：提供A/D转换参考电压，基准电压的精度和稳定性是影响转换精度的主要因素。 A/D电路：A/D转换器是数字电压表的核心部件，由它完成模拟量转换为数字量的任务。 译码驱动电路：将二--十进制（BCD）码转换成七段供LED发光显示信号。 显示电路：将译码器输出的七段信号进行数字显示，即A/D转换结果。 积分RC元件：通过对RC元件的选取，控制测量量程。 字位驱动电路：根据A/D器上DS4～DS1端的位选信号，控制显示部分个、 十、百、千位哪一位上进行显示。 3 系统硬件设计 本电路采用模块化设计,主要由A/D转换模块、控制模块和LED显示模块组成（如图1.0）。 外部电压 图2 系统总体硬件框图 设计的基本思想和顺序 利用0809采集电压数据，将模拟电压信号数字电压信号。8255通过I/O控制两位数码管显示采集电压值。8254设置采样频率。8359设置中断。基本思路：当到定时时间时产生中断信号，进入中断采集电压数据。采集的数据转化后保存到内存空间里，返回主程序后在数码管上显示。 电压表和电流表的使用 一、基础知识: 电流 电流的形成：电荷定向移动形成电流。电流的大小叫做电流强度，简称电流，符号I ， 方向：规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。在一个闭合电路中，在电源外部电路（外电路），电流从电源的正极流出，经过用电器流向电源的负极，在电源内部电路（内电路），电流从电源的负极流回正极。 电流的定义：单位时间通过导体横截面的电量。 电流定义式：t q I = （其中q 为通过导体横截面的正、负电荷电量的绝对值之和） 电流的单位：安培，简称安，单位符号用A 表示。A mA A μ6 3 1011011?=?= 电压 水压是形成水流的原因——电压是电荷定向移动形成电流的原因； 水泵的作用是将低处的水搬运到高处，是提供水压的设备——电源的作用通过非静电力做功把电荷从电源负极搬回正极，维持两极之间的电压。 电压用符号U 表示。在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，用符号V 表示。电压的单位还有千伏（KV ）、毫伏（mV ）、微伏（V μ） 一些电压值：电子手表用的电池电压1.5V ；一节干电池的电压1.5V ；一个蓄电池的电压2V ；人体的安全电压不高于36V ；家庭电路的电压220V ；工厂动力用电的电压380V ；发生闪电 时云层间的电压可达108 V 。 二、电流表的使用： 认识电表 2、电压表与电流表在使用上的相同点和不同点 电表的读数 例题：如图1-57甲、乙两图为常用的电流表和电压表的刻度盘，在甲图中如果接入电路的“+”和“-0.6”两个接线柱，则表的示数为_____，如果接入电路的是“+”和“-3”两个接线柱，则表的示数为_____. 在乙图中，若选用的量程为0～15 V，则表的示数为_____，若选用的量程为0～3 V，则表的示数为_____. 第十章数字电压表 第二节单片A/D转换器产品分类 A/D转换器是数字电压表、数字多用表及测试系统的“心脏”。 A/D 转换器大致可分成五大类； ①单片A/D转换器； ②单片DMM专用IC（内含A/D 转换器）； ③多重显示仪表专用IC； ④专供数字仪表使用的特制IC（ASIC）； ⑤其他通用型A/D转换器，这种芯片仅完成模／数转换，不能直接配数字仪表。 一、单片A/D转换器 单片A/D转换器：采用CMOS工艺将DVM的基本电路（含模拟电路与数字电路）集成在同一芯片上，配以LCD或LED数显器件后能显示A/D 转换结果的集成电路。 按显示位数划分，单片A/D转换器主要有4种：3?位、3?位、4?位、5?位。若按智能化程度来区分，又分纯硬件、带μP的两种。 第三节3?位LCD显示数字电压表 ICL7106是目前广泛应用的一种3?位A/D转换器，能构成3?位液晶显示的数字电压表。 一、ICL7106的工作原理 1. ICL7106的性能特点 （1）＋7V～＋15V单电源供电，可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200小时或间断使用半年左右。 （2）输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3?位LCD显示器。 （3）属于双积分式A/D转换器，A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2次／秒～5次／秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。 （4）外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器，即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。 3.ICL7106的工作原理 ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D 转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。 （1）模拟电路 模拟电路由双积分式A/D转换器构成。主要包括2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可谓设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和h FE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单、成本低等优点，适合做低速模／数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为T CP，每个测量周期共需4000T CP。其中，正向积分时间固定不变，T1＝1000T CP。仪表显示值 电压表与电流表在使用上有什么相同点和不同点？ 答：相同点： （1）使用前都要较零。 （2）把它们连入电路时，都必须使电流从红（或“+”）接线柱流入，从黑（或“-”）接线柱流出； （3）被测电流或电压都不能超过所选量程或接线柱旁标出的最大测量值； （4）在预先不知道被测电流或电压的大约值时，需先用大量程试触． 不同点：（1）电流表要串联在被测电路中，而电压表要并联在被测电路两端； （2）电流表不能接在电源两端，而电压表可以接在电源两端； （3）电压表在电路中相当于断路（电压表的内阻很大），而电流表在电路中相当于导线（电流表的内阻很小）． 电压表与电流表在使用上有什么相同点和不同点？ 答：相同点： （1）使用前都要较零。 （2）把它们连入电路时，都必须使电流从红（或“+”）接线柱流入，从黑（或“-”）接线柱流出； （3）被测电流或电压都不能超过所选量程或接线柱旁标出的最大测量值； （4）在预先不知道被测电流或电压的大约值时，需先用大量程试触． 不同点：（1）电流表要串联在被测电路中，而电压表要并联在被测电路两端； （2）电流表不能接在电源两端，而电压表可以接在电源两端； （3）电压表在电路中相当于断路（电压表的内阻很大），而电流表在电路中相当于导线（电流表的内阻很小）． 电压表与电流表在使用上有什么相同点和不同点？ 答：相同点： （1）使用前都要较零。 （2）把它们连入电路时，都必须使电流从红（或“+”）接线柱流入，从黑（或“-”）接线柱流出； （3）被测电流或电压都不能超过所选量程或接线柱旁标出的最大测量值； （4）在预先不知道被测电流或电压的大约值时，需先用大量程试触． 不同点：（1）电流表要串联在被测电路中，而电压表要并联在被测电路两端； （2）电流表不能接在电源两端，而电压表可以接在电源两端； （3）电压表在电路中相当于断路（电压表的内阻很大），而电流表在电路中相当于导线（电流表的内阻很小）． 电压表与电流表在使用上有什么相同点和不同点？ 答：相同点： （1）使用前都要较零。 （2）把它们连入电路时，都必须使电流从红（或“+”）接线柱流入，从黑（或“-”）接线柱流出； （3）被测电流或电压都不能超过所选量程或接线柱旁标出的最大测量值； （4）在预先不知道被测电流或电压的大约值时，需先用大量程试触． 不同点：（1）电流表要串联在被测电路中，而电压表要并联在被测电路两端； （2）电流表不能接在电源两端，而电压表可以接在电源两端； （3）电压表在电路中相当于断路（电压表的内阻很大），而电流表在电路中相当于导线（电流表的内阻很小）． 关于电流表和电压表的练习 1．串联电路中电流的特点是：；并联电路中电流的特点是：。 2。串联电路中电压的特点是：；并联电路中电压的特点是：。 3。二个灯串联在电路中，其中一只灯亮另一只灯比较暗，则通过二者的电流（） A、二者电流相等 B、亮的电流大 C、暗的电流大 D、无法比较 4。如右图所示，A、B二个导体接在电路中，则通过二者的电流（相等/不相等/无法确定） 5。下列电路中测灯L1的电流，正确的是（） 6。某同学想测通过一个手电筒小灯泡的电流，估计电流可能在左右，右上图为他的连接的电路，请指出他的错误并改正。 7。如图所示某同学测得电路中的电流，试分别指出 在这个电路中：总电流是：；通过灯L1的电 流是：；通过灯L2的电流是： . 8。二个灯并联在电路中，其中一个灯比较亮，另一个比较暗，则它们两端的电压（）A、相等B、亮的灯两端电压高 C、暗的灯两端电压低 D、无法确定 9。下列电路中测灯L1两端的电压，正确的是（） 第7题图 第9题图 10.如图所示某同学测电路中的电压，试分别指出在这个电路中：总电压是：；L1两端的电压是：；L2两端的电压是：。 11。试在右面电路中的O中填入合适的电表（电流表和电压表） 12。某一同学连接了一个电路，想用电压表测灯L1两端的电压，结 果闭合开关后，发现只有L2灯亮，L1不亮，同时电压表没有示数， 问此电路可能出现的故障是。 第10题图 第11题图 第12题图 13。试设计一个电路，二个灯泡串联，用一个电流表测量通过其中一 个灯泡的电流，用电压表测它两端的电压。并画出相应的电路图。 14.如图2所示的电路中,能用伏特表测出灯L2两端电压的电路图是 _______，能测出两盏灯两端总电压的电路图是________；请在选出的电路图上标出伏特表的“＋”“－”接线柱。 第13题图 15.在图3所示的—○—中，填上适当的电学仪表，并标出正、负接线。(1)表测的是________的________，(2)表测的是________的。 16.如图4所示的电路中，灯L2的灯丝断了，则[ ] A安培表示数为零 B.伏特表示数为零 C.伏特表示数不为零 D.安培表示数不为零17.如图5所示，若电源电压是6伏特,伏特表的示数是2伏特.则L1两端的电压是[ ] 1文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑. 图5 1、如图所示，当开关S 1闭合，S 2断开时，电流表A 的示数为0.24 A ，则通过灯L 1的电流是____________，通过灯L 2的电流是_________；当S 1和S 2 都闭合时，电流表的示数为0.56 A ，则此时通过灯L 1电流为_________，通 过灯L 2的电流为____________。 2、甲、乙两个灯泡串联在电路中，闭合开关后，发现甲灯比乙灯亮，那么 通过两灯的电流____________ (填“甲灯大”“乙灯大”“一样大”或“无法确定”)。 理由是 。 5、用电流表测电流时，某同学接入电路的是0～0.6 A 的量程，却在0～3 A 的量程中读成2.4 A ，则实际测得的电流应是_______A 。 11、如图所示的电路中，电流表测量的是： A.通过灯L 1的电流； B. 通过灯L 2的电流； C.通过灯L 1和灯L 2的电流之和； D.电源供给电路的总电流。 13、两只灯泡接在电路中，电流表测得通过它们的电流值相等，由此可以判断两灯的连接情况是: A.一定是串联; B.一定是并联; C.可能串联，也可能并联; D.无法确定. 19、小旋使用电流表测电路中的电流，试触时，发现指针不动。在分析原因时，她作出了如下判断，其中可能正确的是: A.电流表的量程选小了; B.电流表的量程选大了; C.电流表的“+”“-”接线柱接反了; D.电路中某处断路. 20、如图所示，当开关K 闭合后，电流表: A.A 1表损坏; B.A 2表损坏; C.A 1和A 2表都损坏; D.A 1和A 2表都不损坏 25、在“用电流表测电流”的实验中，某同学接成如图(a)所示的电路。当开关闭合后，两灯都发光，两个电流表的指针所指位置均为图(b)所示，则通过灯L 2的 电流为________A ，灯L 1的电流为________A 。 29、指出图所示电路的错误之处： (1)____________；(2) ___________；(3) _____________。 2．如图2所示，a 、b 、c 表示的是电压表或电流表，当S 1、 S 2都闭合时，下列说法正确的是： A 、a 、b 、c 都是电流表； B 、a 、b 、c 都是电压表； C 、a 、b 是电压表，而c 是电流表； D 、b 、c 是电流表，而a 是电压表。 2. 在图4所示电路中，当开关S 闭合后，要使电阻R 1、R 2串联，甲、乙应该接入的是： A ．甲接电压表，乙接电流表 B ．甲接电流表，乙接电压表 C ．甲、乙都接电压表 D ．甲、乙都接电流表 入及3. 如图5所示电路中有两个小灯，请在图中○内，分别填或的符号，要求电键闭合时两灯均能发光，且两电表的示数均不为零。 4．请在图 6 所示的 甲、乙两图的圆圈内，填上 电压 图2 图4 目录 1技术要求.............................................................. - 1 -2基本原理.............................................................. - 1 - 2.1设计的具体思想................................................... - 1 - 2.2主要芯片介绍..................................................... - 2 - 2.2.1 89c51系列芯片介绍......................................... - 2 - 2.2.2 ADC0809芯片介绍........................................... - 5 - 2.2.3 LED基本结构............................................... - 7 - 2.2.4 LED显示器的选择........................................... - 8 -3建立模型描述.......................................................... - 9 - 3.1方案一........................................................... - 9 - 3.2方案二.......................................................... - 11 -4模块功能分析或源程序代码............................................. - 14 - 4.1方案一代码...................................................... - 14 - 4.2方案二代码...................................................... - 19 -5调试过程及结论....................................................... - 21 -6心得体会............................................................. - 23 -7参考文献............................................................. - 24 - 电流表电压表的读数规则 (1) 规格: 常用的直流电流表有量程0～0.6A和0～3A两种，它们的内阻都很少，内阻一般都在1Ω以下；常用的直流电压表有量程0～3V和0～15V两种，它们的内阻都很大，内阻一般都在几千欧姆以上. 2. 电流表和电压表的读数 读数时应使视线垂直于刻度表面，并要估读. 具体估读方法如下： (1) 量程为3 V和3 A的电压表和电流表，其最小分度为0.1 V和0.1 A, 读数要估读到最小分度的十分之一. (2) 量程为0.6 A的电流表，其最小分度为0.02 A, 读数要估读到最小分度的，即不足半格的略去，超过半格的要按半格读出，因此最后读数如果以安培为单位，小数点后面有两位，尾数可能为0、1、2、3… (3) 量程为15 V的电压表，其最小分度为0.5 V, 读数要估读到最小分度 的，因此最后读数如果以伏特为单位，小数点后面只有一位，尾数为0、1、 2、3、4… 3. 使用方法 (1) 在使用表前，观察指针是否指在零刻度，若不是，应调整表的中心螺母使指针指零. (2) 估算电路中的电压或电流，选择适当量程，选取原则是: 使表的读数达到满 刻度的以上. (3) 电流表要串联在电路中，电压表要并联在电路中，且使电流从正接线柱流入，负接线柱流出. (4) 根据表的量程及最小分度值，正确读出表的读数，包括估读. 例题：如图1-57甲、乙两图为常用的电流表和电压表的刻度盘，在甲图中如果接入电路的“+”和“-0.6”两个接线柱，则表的示数为_____，如果接入电路 的是“+”和“-3”两个接线柱，则表的示数为_____. 在乙图中，若选用的量程为0～15 V，则表的示数为_____，若选用的量程为0～3 V，则表的示数为_____. 解：在甲图中，若选用的量程为0.6A，则最小分度为0.02A，读数应估读到其最小分度的1/2，不是半格的舍去，超过半格的读半格，所以读数为0.37A。若选用的量程为3A，则最小分度为0.1 A，读数应估读到其最小分度的1/10，所以读数为1.86 A。 在乙图中，若选用的量程为15V，则最小分度为0.5V，读数应估读到其最小分度的1/5，所以读数为6.0V。若选用的量程为3V，则最小分度为0.1V，读数应估读到其最小分度的1/10，所以读数为1.20V。 高中物理电流表和电压表的估读方法在高中物理电学实验中，测量时要按照有效数字的规则来读数。而测量仪器的读数规则为：测量误差出现在哪一位，读数就相应读到哪一位，在中学阶段一般可根据测量仪器的最小分度来确定读数误差出现的位置，具体如下： 一、最小分度是“1”的仪器，测量误差出现在下一位，下一位按十分之一估读。 如量程为3 V和3 A的电压表和电流表，其最小分度为0.1 V和0.1 A, 读数要估读到最小分度的十分之一，估读值为0.0N(N可能为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)。 二、最小分度是“2”或“5”的仪器，测量误差出现在同一位上，采用半格估读法（即同一位分别按二分之一或五分之一估读）。 如量程为0.6 A的电流表，其最小分度为0.02 A, 如果估读到最小分度的十分之一，估读值为0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.012、0.014、0.016、0.018，误差有半数与最小分度同位，所以读数要估读到最小分度即可（不足最小分度半格的略去，等于或超过最小分度半格的要按半格读出），因此最后读数如果以安培为单位，小数点后面有两位，尾数只可能为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 如量程为15 V的电压表，其最小分度为0.5 V, 如果估读到最小分度的十分之一，估读值为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45，误差有绝大部分与最小分度同位，所以读数要估读到最小分度（将最小分度5等分仍不足半等分的略去，等于或超过半等分的算一个等分）。因此最后读数如果以伏特为单位，小数点后面只有一位，尾数可能为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。 电子电压表 一、选择题 1、根据检波器位置的不同，形成了不同的模拟电压表结构，其中 结构测量范围宽、测量灵敏度较低；结构测量范围窄、测量灵敏度较高。 A.放大—检波式 B. 检波—放大式 C.外差式 D.其它 2、数字万用表的核心是。 A.AC/DC转换器 B. A/D转换器 C.D/A转换器 D.I/V转换器 3、数字电压表显示位数越多，则_______。 A、测量范围越大 B、测量误差越小 C、过载能力越强 D、测量分辨力越高 4、数字电压表有无超量程能力由_______决定。 A、最大显示数 B、量成分档情况 C、A和B D、以上都不对 5、实验中，利用同一块峰值电压表测量幅度相同的正弦波、方波、三角波，读数是_________。 A、方波最大Ｂ、正弦波最大 C、三角波最大 D、一样大 6、直流数字电压表的核心是( ) A、数字逻辑控制电路 B、A/D转换器 C、显示器 D、积分器 7、用3位数字万用表测量一个10KΩ的电阻，档位在2k，结果表上显示值为“1”，则表明( ) A、表已损坏 B、超过量程 C、电阻值过小 D、3位表精确度不够 8、用全波均值电压表测量某三角波信号，读数为10V，则该三角波的峰值电压为（） A、10V B、9V C、18V D、14.13V 9、DVM 的读数误差通常来源于( )。 A.刻度系数、非线性等 B.量化 C.偏移 D.内部噪声 10、下列属于电子测量仪器最基本的功能是（） A.电压的测量 B. 电阻的测量 C. 频率的测量 D. 测量结果的显示 11、下列测量中属于电子测量的是（ A、用天平测量物体的质量 B、用水银温度计测量温度 C、用数字温度计测量温度 D、用游标卡尺测量圆柱体的直径 数字电压表的原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 数字电压表的原理 DVM的种类有多种，分类方法也很多，有按位数分的，如3/2位、5位、8位；有按测量速度分的，如高速、低速；有按体积、重量分的，如袖珍式、便携式、台式。但通常是按A／D转换方式的不同将DVM分成两大类，一类是直接转换型，也称比较型；另一类是间接转换型，又称积分型，包括电压－时间变换（VT变换）和电压－频率变换（V-f变换）。 （1）逐次逼近比较型逐次逼近比较型是利用被测电压与不断递减的基准电压进行比较，通过比较最终获得被测电压值，然后送显示的。虽然逐次比较需要一定时间，要经过若干个节拍才能完成，但只要加快节拍的速度，还是能在瞬间完成一次测量的。图1是逐次逼近比较型的原理框图。 图中，数码可把由基准电压源输出的高稳定性电压Db分成若干个步进小电压Db1、Ub2、Ub3等，而且这些步进电压的前一个值比后一个大一倍，用二进制表示则刚好增加一位，例如，取基准电压Ub为1O24mV，并将其分成512mV、256mV、 128mV、 64mV、 32mV、16mV、 8mV、 4mV、 2mV、 1mV等若干电压，然后通过控制将Ub逐个送到与被测电压进行比较。所取出的Uu应按从大到小顺序取出，也就是先取最大的电压Ub1与U，，进行比较，若Ub1＞Ux，就由数码寄存器输出一个数码“0”，并舍去Db1；若Ubt≤Ux，则由数码寄存器输出一个数码“1”，并保留Dbl，以便与下一个取出的步进电压Ub2相加，相加后的电压重新与被测电压在比较器中进行比较，并重新输出数码，决定取舍。这个原则称为从大到小、舍大留小的原则。按此原则逐个取出Ub进行比较后，将数码寄存器输出的二进制码按序排列就会等于被测电压值。 图1 逐次逼近比较型数字电压表的原理框图 例如，被测电压Ux＝372mV，步骤如下。 ①先取Dbl＝512mV，在比较器中进行比较，由于Ub1＞Ux．，舍去Ub1，输出“0”。 ②取Ub2＝256mV，Ub2＜Ux＝，保留Ub2，并输出数码“1”。 ③取出Ub3＝128mV，并与上次保留的Ub2相加得Db2＋Ub3＝384rnV，由于Ubz＋Ub3＞Ux 故舍去（Ub3，仅保留原来的Ub2，并输出数码“0”。 多数的A／D转换也是采用这个办法完成模数转换任务。 （2）电压－时间变换型所谓电压－时间变换型是指测量时将被测电压值转换为时间间隔△t，电压越大，△t越大，然后按△t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压－时间变换型又称为V －T型或斜坡电压式，其原理框图如图2所示。 图2 V-T型数字电压表原理框图 控制器ST是电压表的指挥部，它每隔一定时间（例如每隔2s）就发出一个启动脉冲，一方面利用启动脉冲打开控制门T，让等间隔的标准时间脉冲序列能通过控制门进入十进制；另一方面启动脉冲触发斜坡电压，使它开始产生一个直线上升的斜坡电压，在斜坡电压上升的过程中，斜坡电压不断与被测电压在电压比较器中进行比较，当斜坡电压等于被测电压Ux时，电压比较器即发出关门信号，将T门关闭。这时十进制计数器所保留的数就是T门从开启到关闭的时间间隔中，通过T门的标准时间脉冲的个数。 第7 章 图所示桥式整流电容滤波电路中，已知R L=50Ω，交流电压有效值U2=15V，f=50HZ，试决定滤波电容C的大小并求输出电 压 U O（AV）﹑通过二极管的平均电流I D（AV）及二极管所承受的最高 反向电压U RM。 图 （3 ~ 5） T（3 ~ 5) 1 600 ~ 1000 F 解： C≥ 2R L 2 50 50 U O(AV)==× 15=18V 通过二极管的平均电流为 I D ( AV )1 1 U O ( AV )18 I O ( AV ) 2 R L 0.18 A 2 2 50 二极管承受最高反向电压为 U RM2U 2 2 15 21V 图所示桥式整流电容滤波电路中，已知 R L=50Ω，C=2200μF，测得交流电压有效值U2=20V，如果用直流电压表测得输出电压U O有下列几种情况：（ 1） 28V;(2)24V ；（ 3） 18V; （ 4） 9V。试分析电路工作是否正常并说明故障原因。 图 解：（ 1） R L开路， U O=× 20=28V (2)正常， U O=× 20=24V （3） C开路 U O=× 20=18V （ 4）因二极管开路电路变为半波整流同时 C 开路， U O=× 20=9V 已知桥式整流电容滤波电路中负载电阻 R L=20Ω，交流电源频率为 50Hz，要求输出电压U O （AV） =12V，试求变压器二次电压有效值 U2，并选择整流二极管和滤波电容。 解：变压器二次电压的有效值为 U O ( AV )12 U 210V 1.2 1.2 通过二极管的平均电流 I D ( AV )1 U O ( AV )12 2 R L 0.3A 2 20 二极管承受的最高反向电压为 U RM2U 2 2 10 14V 所以，可选择 I 1≥（ 2-3 ）I D（AV） =（~）A、U RM＞14V 的二极管，查手册知，可用 4 只1N4001 二极管组成桥式整流电路。 由于一般要求R L C≥（ 3~5）T/2 ，现取 R L C≥ 4T/2 ，所以可得 电压表工作原理和电流表都是根据一个原理就是电流的磁效应制作的电流越大，所产生的磁力越大，表现出的就是电压表上的指针的摆幅越大，电压表内有一个磁铁和一个导线线圈，通过电流后，会使线圈产生磁场这样线圈通电后在磁铁的作用下会旋转，这就是电流表、电压表的表头部分。 这个表头所能通过的电流很小，两端所能承受的电压也很小（肯定远小于 1V，可能只有零点零几伏甚至更小），为了能测量实际电路中的电压，需要给这个电压表串联一个比较大的电阻，做成电压表。这样，即使两端加上比较大的电压，可是大部分电压都作用在加的那个大电阻上了，表头上的电压就会很小了。 电压表是一种内部电阻很大的仪器，一般应该大于几千欧。由于电压表要与被测电阻并联，所以如果直接用灵敏电流计当电压表用，表中的电流过大，会烧坏电表，这时需要在电压表的内部电路中串联一个很大的电阻，这样改造后，当电压表再并联在电路中时，由于电阻的作用，加在电表两端的电压绝大部分都被这个串联的电阻分担了，所以通过电表的电流实际上很小，所以就可以正常使用了。直流电压表的符号要在V下加一个_，交流电压表的符号要再V下加一个波浪线“~” 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关仪器仪表产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/734405378.html,。 记住：1、电路中，电压表可以去掉，电流表相当于导线，任何情况都通用。物理就可以轻松解决 2、串并联电路中电压，电流的特点要熟记。串联--电流处处相等，并联--各支路电压相等 技能一、判断电路中的电表是电流表或电压表的一种方法 下列各图中，电路连接没有错误，电表均有正常示数，请判定甲、乙各是电流表还是电压表 分析：我们知道，在正常使用情况下，电流表是串联在电路中，而电压表是并联在电路中的，若将电流表所在处换成一段导线，则原电路肯定不会出现短路；但若将电压表所在处换成一段空导线，则原电路必出现短路，因此，欲判定哪个电表，只要将该表所在处换成空导线，暂时用纸遮盖住其余表所在支路，通过看删减后的电路是否出现短路，便可使问题迎刃而解。 其遵循的规律是：删减后，能使电路出现短路的，则所要判定的那个电表便是电压表；不能使电路出现短路的，则所要判定的那个电表是电流表。 下面我们用上述方法判定图1所示电路中的电表，先判定甲表。将原电路删减为图1（a）所示（实际上，不必重新画图，只要将乙表所在支路遮盖住，把甲表的圆圈换成空导线即可。下同）。由图可知，此时R1与R2并联，电路没有出现短路，因此甲表是电流表；再判定乙表，将原电路删减为图1（b）所示，由图可以看出，R2被其下方导线短路，因此乙表是电压表。 （答案：图2中甲为电流表，乙为电压表；图3中甲为电压表，乙为电流表 练习 1、（06福州）图6所示电路中，当开关S闭合后，要使电阻R1、R2串联，甲、乙应该接入的是 ( ) A．甲接电压表，乙接电流表 B．甲接电流表，乙接电压表 C．甲、乙都接电压表 D．甲、乙都接电流表 2. 如右图所示，在甲、乙两个“○”内选填“灯泡”和”电流表”的符号，使两灯组成并 联电路． 3.如图15所示电路中有两个小灯，请在图中○内，分别填入 及 或 的符号，要求电键 闭合时两灯均能发光，且两电表的示数均不为零。 3．如下图（左）所示电路中有两个小灯，请在图中○内，分别填入及或的符号，要 求电键闭合时两灯均能发光，且两电表的示数均不为零。 4．(05顺义区)如上图（右）所示电路中，在甲、乙两处分别接入电表，当开关闭合后，两灯均能发光.则甲是________表，乙是________表. 17．在如图17所示的电路中R 1和R 2并联，现用电压表和电流表测量电路中的电压和电流，请在○内填写相应的符号。 图17 如图R 1和R 2是并联的，现在用电流表通过R 1和R 2的电流和电压表测量R 1两端的电压，图中①、②、③为电流表或电压表，则①为 ，②为 ，③为 。 18．根据图中标出的电流方向，从电池组、电流表、电压表三个元件符号中选出两个元件符号，并填入电路的空缺处，填进后要求灯泡L 1和L 2串联，且都能发光。 图18 图19 V 沈阳航空航天大学 课程设计简易数字电压表电路的设计 班级 / 学号 学生姓名 指导教师 沈阳航空航天大学 课 程 设 计 任 务 书 课 程 名 称 电子技术综合课程设计 院（系） 自动化学院 专业 自动化 班级 84070202 学号 2008040702054 姓名 卢广龙 课程设计题目 简易数字电压表电路的设计 课程设计时间: 2010 年 12 月 06 日 至 2010 年 12 月 26 日 课程设计的内容及要求： 一、设计说明 设计一个简易数字电压表，它可以测量直流、交流电压。其参考原理框图如图1所示。 图1数字电压表的原理框图 二、技术指标 测量电压的技术指标如表所示。 测量项目 量程 准确度 (23±5℃) 输入电阻 分辨力 最大允许电压 DCV 2V ±（0.5%RDG +3字） 10M Ω 1mV 500V 20V 10mV ACV(RMS) (40Hz~1kHz) 2V ±（1.0%RDG +3字） 10M Ω 1mV ±500V 20V 10mv 三、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本，要求采用LED 显示。各量程的转换采用开关转换。 2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 分压电路 输入保护及 缓冲电路 交、直流 转换电路 压频转换电路 计数、译码 显示电路 AC AC DC DC u x 四、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。 2．进行实验数据处理和分析。 五、推荐参考资料 1．沙占友、李学芝著.中外数字万用表电路原理与维修技术. [M]北京：人民邮电出版社，1993年 2. 阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 3. 童诗白、华成英.模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 4. 戴伏生.基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年 5. 谭博学主编.集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年 六、按照要求撰写课程设计报告 指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 成绩评定表 评语、建议或需要说明的问题： 成绩 指导教师签字：日期：怎样使用电压表和电流表
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