導語：如何才能寫好一篇電壓表，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、巧用電壓表測電阻

電阻的測量有多種方法，伏安法是中學物理常用的方法.測量時運用電壓表和電流表分別測出待測電阻的電壓和電流，再根據(jù)歐姆定律計算出阻值.若只有電壓表而沒有電流表，也可以用電壓表和一個定值電阻代替電流表來達到測量的目的，電路如圖1所示.

1.閉合開關S，待測電阻RX被短路，測得電壓表的示數(shù)為U，即為電源電壓；

2.再斷開開關S，則定值電阻R0與RX相串聯(lián)，用電壓表測出R0兩端的電壓，若其示數(shù)為U0，則

UX=U-U0，IX=I0=.

3.求得待測電阻阻值為RX==R0.

在上述方案中，若將電壓表與開關S的位置相互交換，經(jīng)過步驟1和2，同樣也可以求得待測電阻的阻值.若如圖2將定值電阻R0換成一個滑動變阻器，也可以求得待測電阻的阻值.請根據(jù)這兩種新的方案自己試一試，看能不能求出待測電阻的阻值.

二、巧用電壓表測功率

測量小燈泡的額定功率是初中物理的一個重要實驗，根據(jù)公式P＝UI，分別運用電壓表和電流表測量出電壓和電流即可算得功率.若實驗中只給出電壓表，通過運用電路中的電壓關系或開關等實驗器材，也可以較方便地達到要求.

例1現(xiàn)有電壓表、滑動變阻器、已知阻值的定值電阻R0、額定電壓為2．5V的待測燈泡、電池組、開關各一個，導線若干.利用以上器材測量小燈泡的額定功率.要求：（1）畫出電路圖；（2）寫出實驗步驟；（3）寫出測量小燈泡的額定功率的表達式.

解析利用開關的特殊性，想辦法通過開關的通斷來測出兩個元件的電壓.

（1）電路圖如圖4所示.

（2）實驗步驟：

①將開關S撥到a處，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表指針指到2．5V處.

②保持滑動變阻器滑片P的位置不變，將開關S撥到b處，然后觀察電壓表的示數(shù)U，則定值電阻R0上的電壓為（U-2．5）.

（3）小燈泡的額定功率為P額=.

三、巧用電壓表分析電纜的故障

例2一段電纜總長L，因故在電纜某處兩根導線之間發(fā)生了漏電故障，請運用電壓表查出該電纜故障點的位置.

解析電纜的基本結構相當于兩條相互平行的導線，導線之間相互絕緣，若某處兩根導線之間發(fā)生了漏電故障，則該處兩導線之間就不再絕緣，相當于兩根導線之間連接了一個電阻，其等效電路如圖5中EF之間的情形，此時運用一個電源和一只電壓表即可查找出故障位置.

方法將電壓一定的電源接到電纜的AB端，電壓表接到CD端，測得CD間電壓為U1，再將電源和電壓表的位置交換，測得AB間電壓為U2.

設電源的電壓為U，故障點E到A點之間的距離為x，導線單位長度的電阻值為r，漏電處兩導線間的電阻值為R，則有

U1/R=U/（2xr+R），

U2/R=U/[（2L-2x）r+R]，

由上兩式可解得

x=（U-U1）U2L/（UU1+UU2-2U1U2）.

四、巧用電壓表擴大量程

在電壓測量中，經(jīng)常碰到所測電壓大于電壓表的量程，而中學里往往儀表種類較少，不易找到合適量程的儀表，這時可采用串接電壓表的方法，將幾個小量程的電壓表串接，就能很方便地測出電壓的大小.顯然待測電壓等于各表讀數(shù)之和.

我們知道，電壓表本身實際相當于一個大電阻，且不同的表往往有不同的內(nèi)阻.對一個多量程電壓表，量程越大，內(nèi)阻則越大.電壓表的內(nèi)阻作為表的主要參數(shù)之一，一般均寫在表頭內(nèi)，表示為kΩ/V，意為每伏具有的歐姆數(shù).

按圖6將幾只電壓表串接后接至電源的兩端，這時各電壓表所指示的電壓，必與各自的內(nèi)阻成正比.若幾只電壓表的內(nèi)阻相同，量程相同，則指示必相同，這就直接定量地驗證了串聯(lián)電路的電壓分配關系.

用上述方法測量高電壓時，若采用的幾只電壓表內(nèi)阻相同，量程相同，則串接后的量程為幾只表量程之和，當幾只電壓表量程相同而內(nèi)阻不等時，則應依據(jù)接入線路后，通過電壓表串接電路的電流不超過內(nèi)阻較高的那只電壓表允許通過的電流為準，來確定總的量程.例如，用兩只量程為150V的電壓表V1（內(nèi)阻為1800Ω）和V2（內(nèi)阻為1500Ω）串接起來測一未知電壓，這時的總量程不能誤認為是300V，而是

Umax=（1800+1500）×（V）＝275（V）.

用電壓表串接法測高于電壓表量程的電壓，具有接線簡單，讀數(shù)方便，精度較高等優(yōu)點.

由上述不難看出，根據(jù)并聯(lián)電路的電流分配關系，用并接電流表法也可以測量高于電流表量程的大電流.請參照上述方法進行分析.

五、巧用電壓表顯示其他量

當某個非電學量發(fā)生變化時，若能夠引起電路中的電阻發(fā)生變化，從而導致電路中電壓表的讀數(shù)也隨之發(fā)生改變，此時，我們就可以根據(jù)該非電學量與電壓表讀數(shù)之間的對應關系，改造電壓表的表盤刻度來直接顯示該非電學量的大小.

如圖7是某同學自行設計的一個電子秤的原理圖，當在托盤中放一物體時，滑動變阻器的滑動觸頭會隨彈簧向下移動到某一位置，于是電壓表就指示出相應的示數(shù)，從而就可以用電壓表的讀數(shù)來顯示物體質(zhì)量的大小.

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1.“十分法”

最小分度為“1”的電表，誤差出現(xiàn)在最小刻度下一位，讀數(shù)時要估讀到最小刻度下一位，下一位按1/10估讀.

例如，量程為3 A的電流表和量程為3 V的電壓表，其最小分度為0.1 A和0.1 V，用目測將這一小格分成十等份，每一等份為0.01 A，0.01 V.如果占這一小格的1/10，估讀為0.01；如果占這一小格的2/10，估讀為0.02；……；如果占這一小格的9/10，估讀為0.09.若分別以安培、伏特為單位，小數(shù)點后有兩位數(shù).

如圖1所示，電流表量程為3 A，指針恰好在刻度上，讀數(shù)為1.20 A.

如圖2所示，若電流表所選量程為3A，指針在兩刻度之間，占3/10，估讀為0.03，則讀數(shù)為0.83A.

如圖3所示，電壓表量程為3 V，指針恰好在刻度上，讀數(shù)為0.90 V.

如圖4所示，若電流表所選量程為3 V，指針在兩刻度之間，占8/10，估讀為0.08，讀數(shù)為1.88 V.

2.“二分法”

最小刻度為“2”的電表，誤差出現(xiàn)在最小刻度本位，讀數(shù)時只在本位上按1/2估讀.

例如，量程為0.6 A的電流表，其最小分度為0.02 A，用目測將這一小格分成兩等份，每一等份為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.即指針在中間附近估讀為0.01，其他情況靠近哪條刻度就按那哪條刻度的數(shù)值讀出.若以安培為單位，小數(shù)點后有兩位.

如圖5所示，電流表量程為0.6 A，指針恰好在刻度上，讀數(shù)為0.52 A.

如圖6所示，若電流表所選量程為0.6 A，指針在兩刻度之間，不到半格，靠近前一刻度，讀數(shù)為0.16 A.

3.“五分法”

最小刻度為“5”的電表，誤差出現(xiàn)在最小刻度本位，讀數(shù)時只在本位上按1/5估讀.

例如，量程為15 V的電壓表，其最小分度為0.5 V，用目測將這一小格分成五等份，每一等份為0.1 V.如果占這一小格的1/5，估讀為0.1；如果占這一小格的2/5，估讀為0.2；……；如果占這一小格的4/5，估讀為0.4.若以伏特為單位，小數(shù)點后有一位.

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【關鍵詞】單片機;數(shù)字電壓表;A/D轉(zhuǎn)換

前言：現(xiàn)在，由各種型號單片和A/D轉(zhuǎn)換器等構成的數(shù)字電壓表，因其性能優(yōu)越，被廣泛使用。數(shù)字電壓表是通過A/D轉(zhuǎn)換器把連續(xù)的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量通過LDE數(shù)碼管顯示出來的儀表，從而實現(xiàn)了數(shù)字化測量。模擬部分和數(shù)字部分是數(shù)字電壓表的兩個組成部分，前者的作用是獲取電壓，并把取得的電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，傳給數(shù)字部分。后者的作用是實現(xiàn)邏輯控制運算、譯碼過程、數(shù)字顯示等一些列功能。

一、工作原理

本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心控制器。電壓測量電路與ADC0809相連，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換將得的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入給單片機，經(jīng)單片機進行信號處理后，形成精度較高的數(shù)字信號輸出到LED數(shù)碼管進行顯示，并留有一定的接口，供擴展用。

二、系統(tǒng)總體方案設計

用A/D轉(zhuǎn)換器測量各路電壓值，測得相對應的數(shù)字量，然后按模擬量與數(shù)字量成正比的關系，計算出對應的模擬電壓值，把模擬值通過顯示器顯示出來就完成測量。設計時設定待測的輸入電壓為8路，電壓值的測量范圍為0v一5v，測量的最小分辨率5.255，測量誤差-0.02一0.02。

控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當輸入電壓為V5時，輸出的電壓為255（OFFH），因此最大分辨率為0.0196V（5.255）。ADC0809包括8路模擬量輸入端口，由3位地址輸入端對8路中的任選其中一路進行轉(zhuǎn)換。每隔一段時間依次改變3位地址輸入端的地址，就能實現(xiàn)8路輸入電壓的測量。LDE數(shù)碼管采用軟件譯碼動態(tài)顯示。

三、電路的硬件設計

（一）單片機主控制模塊的設計

AT89C51單片機為40引腳雙列直插芯片，有四個I/O口P0、P1、P2、P3，每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。AT89C51還含有4kb的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128字節(jié)（Byte）的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存儲單元。

單片機的最小系統(tǒng)主要由AT89C51、電容C1-C3、電阻R1-R2、晶振X1等組成。AT89C51的18腳（XTAL2）和19腳（XTAL1）接時鐘電路，其中19腳是AT89C51內(nèi)部振蕩器倒相放大器的輸入端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的一端;18腳是AT89C51內(nèi)部振蕩器倒相放大器的輸出端，用于接外部晶振和微調(diào)電容的另一端。

（二）A/D轉(zhuǎn)換電路設計

A/D轉(zhuǎn)換電路采用目前常用的8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。ADC0809具有8路模擬量輸入信號IN0-IN7（1-5、26-28腳），地址線C、B、A（23-25腳）確定哪一路模擬輸入信號進行A/D轉(zhuǎn)換，本電路將地址線C、B、A接地，即選擇0號通道輸入模擬量電壓信號。ADC0809的22腳（ALE）為地址鎖存允許控制端，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。ADC0809的6腳（START）為啟動控制端，當輸入為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換開始。

（三）顯示電路設計

顯示電路采用LED數(shù)碼管顯示，由于單個LED數(shù)碼管占用單片機接口線較多，而本設計中需要四個LED數(shù)碼管顯示不同信息，因而利用人眼的視覺暫留特性采用LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描原理進行顯示。另外LED數(shù)碼管價格適中，適合顯示數(shù)字，而且采用動態(tài)掃描法與單片機連接時，占用的單片機接口線少，方便進行程序編寫與控制。

四、誤差分析

對于任何系統(tǒng)，誤差是不可避免的！本設計的輸出信號誤差主要來自于以下幾個方面：

（一）D/A，A/D轉(zhuǎn)換器件的非理想性誤差

雖然我們在設計中充分考慮到了精度要求，但轉(zhuǎn)換器件本身存在的固有量化誤差是不可能克服的，同時轉(zhuǎn)換器件的轉(zhuǎn)換速率、溫度系數(shù)、輸入輸出電平的差異等因素都造成了轉(zhuǎn)換器件的非理想特性。

（二）運算放大器，電阻電容引起的誤差

設計中采用的運放和電阻電容等一些常用元件，在實際應用中，都或多或少的存在著誤差，如，隨著溫度的變化，電阻阻值的變動以及運放的漂移，電容的非理想性造成了系統(tǒng)頻率響應的改變。

（三）電源噪聲"數(shù)字信號跳變引起的噪波和布線中的分布電容和感生電感

在 PCB 布線中由于跡線和部分元件的非理想性，在高頻工作時，這些器件產(chǎn)生分布電容感生電感。電網(wǎng)電壓的變化引起的欠壓、過壓以及在線路傳輸中隨機竄入的高頻噪聲等都有可能通過電源引入到系統(tǒng)中，設計中使用大量數(shù)字芯片高頻工作時的電平跳變以及單片機晶振都是誤差的產(chǎn)生源。我們在電路的實際設計中，采用了多種措施來減少這種誤差的滲入，如，電源的濾波，線間的去耦，重干擾源的屏蔽，加寬電源線和地線以減少噪聲的傳輸路徑。

五、結語

由于使用的是高效單片機作為核心的測量系統(tǒng)，以及靈敏度和精度較高的A/D轉(zhuǎn)換器，使本直流電壓表具有精度高、靈敏度強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點。隨著單片機的日益發(fā)展，它必將在未來顯示出更大的活力，為電子設計增加更多精彩。

參考文獻：

[1]李秋生，劉小燕.基于AT89C51的某數(shù)字電壓表的設計[J].微計算機信息，2008，24（25）：19～200，233.

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關鍵詞： 單片機（AT89C51） 電壓 A/D轉(zhuǎn)換 ADC0809

數(shù)字電壓表（Dligita Voltmeter）簡稱DVM，是利用A/D轉(zhuǎn)換原理，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。通常數(shù)字電壓表都采用大規(guī)模的A/D轉(zhuǎn)換集成電路，測量精度高，讀數(shù)方便，在體積、重量、耗電、穩(wěn)定性及可靠性等方面性能指標均明顯優(yōu)于指針式萬用表。其中，A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/D轉(zhuǎn)換器中各組模擬開關接通或斷開，保證A/D轉(zhuǎn)換正常進行。A/D轉(zhuǎn)換結果通過計數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應的數(shù)值。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)換器構成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領域，顯示出強大的生命力。本方案以單片機AT89C51為系統(tǒng)的控制核心，結合A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809設計一個數(shù)字電壓表，能夠測量0―5V之間的直流電壓值，通過四位數(shù)碼顯示。數(shù)字電壓表的電路圖設計在Proteus軟件中進行，執(zhí)行程序用C語言在Keil中編寫、調(diào)試。

1.數(shù)字電壓表硬件電路設計

數(shù)字電壓表由AT89C51單片機控制電路、12MHz時鐘電路、復位電路、數(shù)碼管顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路和電源電路等主要電路組成，總體組成框圖如圖1所示。

1.1時鐘電路

時鐘電路也稱為振蕩電路，在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。80C51單片機芯片機集成了振蕩電路，只要在芯片的第18、19腳外接晶體振蕩器即可工作。如圖4中的晶體振蕩器（X1）、電容C1和C2即構成了單片機所需的時鐘電路。

1.2復位電路

復位電路的作用是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復位電路是由外部電路來執(zhí)行的，在RST引腳上加上持續(xù)二個機器周期以上的高電平就執(zhí)行狀態(tài)復位。通常采用上電復位和開關復位二種方式。如圖4中單片機第9腳與R1、R2、C3和按鍵開關構成了單片機的復位電路。

1.3電源電路

電源電路是給數(shù)字電壓表提供+5V的供電電路，保證各電路正常工作。

1.4數(shù)碼管顯示電路

數(shù)碼管顯示電路的作用是顯示輸入0.00―5.00V的電壓值。系統(tǒng)通過對LED燈的動態(tài)顯示及不停的輪流給數(shù)碼管位選端加驅(qū)動電壓，在給其中一個數(shù)碼管位選段加驅(qū)動電壓的時候它才能變亮，而其他的是暗的，由于數(shù)碼管暗下來需要一定的時間，人眼具有視覺暫留特點，同時系統(tǒng)又給其他的施加驅(qū)動電壓，因此我們看到的就是穩(wěn)定的亮著的數(shù)字了，如圖4所示。

1.5A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換電路的作用是將所輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進行處理。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度對測量電路極其重要，它的參數(shù)關系到測量電路性能。A/DC0809轉(zhuǎn)換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結構簡單。ADC08098路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為100μs左右，圖2為0809引腳圖。

1.5.1ADC0809的內(nèi)部結構

ADC0809的內(nèi)部邏輯結構圖如上圖3所示。

圖中多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1為通道選擇表。

1.5.2信號引腳

ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖3。對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下。

IN7～IN0――模擬量輸入通道。

ALE――地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。

START――轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應保持低電平。本信號有時簡寫為ST。

A、B、C――地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應關系見表1。

CLK――時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號。

EOC――轉(zhuǎn)換結束信號。EOC=0，正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。

D7～D0――數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高位。

OE――輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。

Vcc――+5V電源。

Vref――參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V（Vref（+）=+5V，Vref（-）=-5V）。

1.5.3電路電路連接

ADC0809與單片機的電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。根據(jù)表1中所示將ADC0809的地址線A、B、C接低電平即可選擇通道1（IN0），ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線D7～D0接80C51的P0口，如圖4所示。

1.6測試電壓輸入電路

輸入電路的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到A/D轉(zhuǎn)換器所要求的電壓值。本電路設計所用電壓為0.00―5.00V，其大小通過滑動變阻器調(diào)節(jié)。

數(shù)字電壓表硬件電路如圖4所示。

2.數(shù)字式電壓表程序設計

2.1數(shù)字式電壓表程序流程圖

2.2Keil C51參考程序如下

#include "reg51.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//*――――――――數(shù)碼管段碼定義――――――――*//

uchar code table={0xc0，0x99，0xa4，

0xb0，0xf9，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90}；

//*――――――――0809引腳定義――――――――*//

sbit st=P2^7；

sbit oe=P2^5；

sbit eoc=P2^6；

sbit clk=P2^4；

//*――――――-延時子函數(shù)――――――――*//

void delay（uchar z）

{

uint x，y；

for（x=z；x>0；x――）

for（y=110；y>0；y――）；

}

//*―――――――啟動轉(zhuǎn)換子函數(shù)――――――――*//

void start（）

{

st=0；oe=0；st=1；st=0；

}

//*――――――――顯示子函數(shù)――――――――――*//

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）；

}

//*――――――――-主函數(shù)――――――――*//

void main（）

{

uint B；

uchar date；

TMOD=0x01；

TH0=（65536-20）/256；

TL0=（65536-20）%256；

EA=1；

ET0=1；

TR0=1；

start（）；//啟動轉(zhuǎn)換

while（1）

{

while（eoc==0）；//等待轉(zhuǎn)換結束

oe=1；//允許輸出

date=P0；

start（）；

oe=0；

B=date*5.0/255；

xian（B）；//顯示轉(zhuǎn)換結果

}

}

//*――――-T0定時器中斷子函數(shù)給ADC0809提供時鐘信號――――-*//

void time0（）interrupt 1 using 1

{

TH0=（65536-20）/256；

TL0=（65536-20）%256；

clk=~clk；

}

3.測試與調(diào)試

本設計應用Proteus和Keil51軟件，首先根據(jù)自己設計的電路圖用Proteus軟件畫出電路模型，然后用Keil51軟件對所編寫的程序進行編譯、鏈接，如果沒有錯誤和警告便可生成程序的hex文件，再將此文件加到電路圖上使軟硬件結合運行，最后進行端口電壓的對比測試，測試的結果如圖5所示。

參考文獻：

［1］姜治臻.單片機技術及應用.高等教育出版社，2009，7.

篇5

1實驗探知電壓表串聯(lián)在電路中的現(xiàn)象

電壓表串聯(lián)在電路中有什么現(xiàn)象，光憑教師的說教，學生是不會理解的，必須身臨其境，通過實驗看到現(xiàn)象，記憶才能深刻.為增加感性認識，可按圖1電路圖連接電路，閉合開關，觀察實驗現(xiàn)象.

一定要讓學生在實驗中看到現(xiàn)象，不要急于求成，否則印象還是不深刻.本實驗的現(xiàn)象是：閉合開關后，小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表的示數(shù)將很大，約為電源電壓.為什么會出現(xiàn)這樣特別的現(xiàn)象呢？

2運用賦值法分析

在物理學中，常根據(jù)其具體情況，合理、巧妙地對一些物理量進行賦值，根據(jù)物理規(guī)律進行推算，能使問題得到簡捷有效的解決，這就是物理學中常用的賦值法.注意：賦值不是隨便的賦值，而是根據(jù)實際情況進行科學的賦值.下面根據(jù)本題的實際情況進行賦值：兩節(jié)干電池，電源電壓為3 V，電流表內(nèi)阻很小，相當于導線，其內(nèi)阻約為0.1 Ω，電壓表內(nèi)阻很大，其內(nèi)阻約為104 Ω以上，小燈泡的內(nèi)阻約為10 Ω.下面根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)的知識進行分析計算.

總電阻R=RA+RV+RL=0.1 Ω+104 Ω+10 Ω

≈104 Ω，

電路中的電流I=3 V 104 Ω=3×10-4 A，

這個電流非常小，與電流表的最小分度值0.02 A相比較，

3×10-4 A/0.02 A=1.5/100，

電流表的一個小格非常小，而指針偏轉(zhuǎn)不到一個最小格的百分之二，指針偏轉(zhuǎn)這么小的角度，人眼是分辨不出來的，這就是為什么指針不動，電流表無示數(shù)的原因.

電壓表的示數(shù)

UV=IRV≈3×10-4 A×104 Ω=3 V，

通過計算可知電壓表的示數(shù)很大，約為電源電壓.

因此，電壓表串聯(lián)在電路中，由于電壓表的內(nèi)阻很大，會使電路中的電流很小，以至于電流表指針偏轉(zhuǎn)人眼都洞察不出來，可以認為電流表無示數(shù)；而電壓表的內(nèi)阻很大，分壓很大，幾乎接近電源電壓，可以認為電壓表示數(shù)很大，就是電源電壓，這樣分析與實驗結果就吻合了，學生很容易接受，也加深了學生對歐姆定律和串聯(lián)知識的理解.

3電路中的故障及分析

例1如圖2（a）所示的串聯(lián)電路，若L1斷路將有何現(xiàn)象？

L1斷路的等效電路如圖2（b）所示，實質(zhì)就是把電壓表串聯(lián)在電路中，與前面的圖1情況相同，現(xiàn)象是電流表無示數(shù)，小燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，且很大等于電源電壓.

若再用電壓表測量L2的電壓，其等效電路如圖2（c）所示，整個電路斷路，電流表、電壓表都無示數(shù)，小燈泡不亮.

例2如圖3（a）所示，小明在測量小燈泡電阻的實驗中，閉合開關后發(fā)現(xiàn)，小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)且很大，試分析電路中出現(xiàn)的故障是什么？

這是近年來中考常出的題目，電路中出現(xiàn)的故障是小燈泡處出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象，這可能是小燈泡與燈座接觸不良，也可能是燈絲斷了.同學們只要把小燈泡從電路中去掉，如圖3（b）所示，小燈泡斷路時實質(zhì)是電壓表串聯(lián)在電路中了，本題出現(xiàn)的現(xiàn)象就是電壓表串聯(lián)在電路中的現(xiàn)象，反之，只要出現(xiàn)這種現(xiàn)象，就意味著電壓表兩接線柱間出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象.

篇6

關鍵詞：數(shù)字電壓表；電壓表；設計

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、設計方案

在本文研究中，AT89C51單片機是整個系統(tǒng)的關鍵部分，整體系統(tǒng)由衰減輸入電路、自動量程轉(zhuǎn)換、交直流轉(zhuǎn)換、模數(shù)控制與轉(zhuǎn)化、接口電路等部分組成。電壓經(jīng)由衰減電路會轉(zhuǎn)化到0-0.5v電壓，AD736作為交直流轉(zhuǎn)換電路的芯片控制，LCL7135作為模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器，LCD1601最為顯示模塊。該方案是由AT89C51單片機，LCL7135A/D轉(zhuǎn)換器、AD736AC-DC真有效值轉(zhuǎn)換器等組成。交直流電壓在0-500v范圍內(nèi)，電壓綜合誤差在3%上下范圍內(nèi)浮動。

二、硬件系統(tǒng)的設計

（一）硬件電路設計

硬件電路設計主要由七大部分組成：其中AT89C51單片機系統(tǒng)為主控模塊，然后由晶振電路、復位電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路、LED驅(qū)動電路、LED顯示系統(tǒng)、測量電壓輸入電路來共同構成（如圖1）。

（二）真有效值轉(zhuǎn)換電路

在實際的電路運行過程中，會不可避免的受到非正弦波的影響，平均值轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)測量儀表存在較大誤差。為了更精密的測量交流電壓有效值，可通過真有效值轉(zhuǎn)換器，也就是直接把交流有效值轉(zhuǎn)化成直流有效值。該儀器的最大優(yōu)點就是對各種電波形式進行有效測量。AD/73真有效值轉(zhuǎn)換器具有電源范圍寬、頻率好、速度快、靈敏性高等優(yōu)點，綜合誤差低于4%。

（三）LCL7135A/D轉(zhuǎn)換器

LCL7135A/D轉(zhuǎn)換器是采用單片41/2位的轉(zhuǎn)換器，另附加數(shù)碼顯示器、譯碼器、電阻電容、驅(qū)動器等元件，就能組成2V的數(shù)字電壓表。單片機系統(tǒng)與LCL7135A/D轉(zhuǎn)換器直接連接，組成有效電路，通過并行采集方式，把B1輸出線、B2輸出線、B4輸出線、B8輸出線與單片機連接。P1.3與R/H相連，通過軟件將p1.3輸出正脈沖，啟動A/D轉(zhuǎn)換器會不斷輸出數(shù)據(jù)。

（四）電路接口

在本研究中，采用LCD液晶模塊顯示器，直接顯示采集電壓數(shù)據(jù)或系統(tǒng)狀態(tài)。AT89C51單片機直接與液晶顯示器相連。需注意以下幾個設計要點：①清屏，清平之后設計8位數(shù)接口數(shù)據(jù)，行數(shù)：1行，字型：5*7點陣。進行整體顯示設計，取消字體閃爍與光標，最后設置為不移位且正向增量。向LCD緩沖區(qū)中輸入字符，2字符數(shù)組形式，一個顯示電壓，一個顯示字符。需要顯示的數(shù)據(jù)或字符送到屏幕緩沖區(qū)中，延時2.5ms。

三、系統(tǒng)程序設計

進行系統(tǒng)軟件程序設計，重點在于如何控制LCL7137轉(zhuǎn)化數(shù)字輸入LCD顯示屏。完成主程序初始化之后，啟動A/D轉(zhuǎn)換并認真檢查檔位、數(shù)字顯示。一開始的主程序設置，需要設計70h的起始地址，并設計中斷寄存器，對LCL7135進行中斷計數(shù)。每隔五次之后清零，成功完成一次采集數(shù)據(jù)工作。之后設置STB斷口的中斷優(yōu)先級別，并對顯示器進行一次性清屏處理，清空各個數(shù)據(jù)寄存器、指令的數(shù)值，在屏幕上不顯示字符。使用MOVP2，01H到DB7-DB0指令，調(diào)動ENABLE這個子程序。由于下降沿時，需要把內(nèi)部資料輸送到RAM區(qū)域，因此，應該有一個延時子程序，使得下降沿時2.5ms。RAM有代碼后，需要對此進行清零處理，原有屏幕上的字符會被清除。緊接著設定1601功能，MOVP2，01111000B.子程序ENABLE子程序被調(diào)用，輸入CPU處理器中。若果在LCDM中輸入一條指令，就會調(diào)用ENABLE子程序一次，與此同時，設定顯示器的光標、字體閃爍。顯示器地址按照+1方式讀寫，再進行第一行字符設計，即80H地址。將Voltage字符的地址輸送到DPTR中，調(diào)用遠程查表指令，將數(shù)據(jù)一次輸入P2入口，接下來調(diào)用WRITE3這個子程序，設置LCD1601RS為1，會產(chǎn)生下降脈沖，并把獲得數(shù)據(jù)輸入寄存器，執(zhí)行DISPLAY1這個子程序。

設計A/D中斷程序。LCL7135儀器每秒鐘進行12次采集數(shù)據(jù)服務工作，在每一次數(shù)據(jù)采集任務完成后，向CPU進行中斷申請。CPU暫停其他工作，進行中斷處理。在中斷響應之后進行中斷處理，并壓棧ACC、PSW，對首次中斷性質(zhì)進行判斷。若為首次中斷，直接跳到next位置。若為二次中斷，則設置62H處，第三次中斷，設置63H處，第四次中斷，設置64H處，第五次中斷，則設置65H處。與此同時，將中斷儲存器30H中的數(shù)值清除，中斷完成之后，PSW、ACC出棧，并開中斷。

四、結語

綜上所述，本文充分利用AT89C51單片機的優(yōu)勢，對數(shù)字電壓表設計進行了實例研究，其較好的抗干擾功能、自動調(diào)節(jié)的精度設計等等，使得輸出達到最佳效果，適用于電子系統(tǒng)的一般性電壓測量，適用性較強。

篇7

教材中上述實驗內(nèi)容作為電表改裝的一種方法，讓學生在實驗過程中得到技能的培養(yǎng)和思維的訓練等等，未嘗不可。但，僅就電表改裝這一目的而言，如果改裝表與標準表核對時發(fā)現(xiàn)改裝表并非UV電壓表(如不是2V表，而是1．9V表)，怎么辦?［注2］

事實上，上述改裝方法是搞“理論”的人最容易想到的方法，而不是搞“實驗”的人常采用的方法。按“實驗”的思維方式，“將電流表改裝成電壓表”可用下面一種更實用、更方便的方法。［注3］

首先，用歐姆表粗略測出表頭內(nèi)阻。然后，估算出表頭滿偏電壓，以及估算出分壓電阻阻值。最后，取一只阻值范圍大于估算阻值的電阻器R1(或一只固定電阻與一只電阻器串聯(lián))，和一只量程適當、準確度級別稍高的直流電壓表作為標準表［注4］)。按圖1改變滑動變阻器R2的阻值，使標準表讀數(shù)為UV；再改變電阻器R1的阻值，使電流表指針指示滿刻度(可能需重復上述步驟，反復調(diào)整)。這樣一只UV電壓表就改裝好了。毫無疑問，用上述方法改裝出的電壓表，比用課本采用的方法改裝的電壓表要準確得多。

這里，R1的阻值就是所需的分壓電阻值。如果R1不是用電阻器而是用電阻箱，那么從電阻箱的讀數(shù)R1，就可以推算出電流表內(nèi)阻rg的精確值。

［注1］如2005年、2006年江蘇省物理高考題。

［注2］也許可以按圖示電路測量足夠多的電壓值，作出改裝表的校正曲線，以后每個改裝表的測量值都根據(jù)校正曲線予以校正，但這太繁瑣，不實用。

［注3］現(xiàn)在高中物理課本中都將“閉合電路歐姆定律”作為演示實驗或?qū)W生實驗。實驗中電源一般都采用“拆開”鉛蓄電池(如J2365型可變內(nèi)阻電池)，電池電動勢約2V，實驗需要兩只2V或2．5V的直流電壓表。如果作為演示實驗，如果演示電表(如J0401型)是10年前的，沒有2V或2．5V直流電壓檔，那么，要將演示電表改裝成2V(或2．5V)直流電壓表就可采用下述方法。

［注4］一般要求標準表的準確度級別(等級)，在數(shù)值上不大于被校表準確度級別的13。

實驗室都可以找到，且可初步實現(xiàn)觀察放電現(xiàn)象及其發(fā)展和過渡過程。

4．2 氣體放電現(xiàn)象十分復雜，因此可以進行另外的一些創(chuàng)新實驗探究，如研究放電電壓與極間距之間的關系，放電電壓與電極的曲率的關系（從球形電極過渡到平行板電極），與電極表面狀態(tài)及氣體種類的關系等。

4．3 從實驗的設計和進行過程本看，大自然中還有許多有趣的現(xiàn)象值得我們深入探究；該實驗對提高同學們實驗的主動性、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力有顯著的幫助。

參考文獻：

［1］侯清潤.氣體放電實驗與帕邢定律［J］.物理實驗，2004,24（1）：

［2］胡志強、甄漢生、施迎難.氣體電子學［M］.電子工業(yè)出版社. 1985，75-98

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

［4］楊津基.氣體放電［M］.科學出版社. 1983，18-28

篇8

關鍵詞：數(shù)字電路； 量程自動轉(zhuǎn)換； 智能化； 數(shù)字信號； 電壓表

中圖分類號：TN919-34； TP216+.1 文獻標識碼：A

文章編號：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

在現(xiàn)在市場上廣泛使用的一般數(shù)字電量測量電表都沒有解決量程自動轉(zhuǎn)換問題，測量操作時仍然靠人工拔動開關轉(zhuǎn)換量程，測量電表的智能化設計是一個難點。在現(xiàn)有的智能電表中，智能化功能大多采用單片機控制電路或雙向移位寄存器來實現(xiàn)，其缺點是電路系統(tǒng)、量程控制信號的產(chǎn)生比較復雜，調(diào)試與制作難度大，可靠性較差等。實際上,電路系統(tǒng)完全可以用常用數(shù)字集成電路組成，通過組合邏輯功能來實現(xiàn)多個量程之間的自動轉(zhuǎn)換等功能。

1 電路系統(tǒng)的方框結構

電路系統(tǒng)由被測輸入電壓極性檢測與變換電路、電壓幅度變換電路、量程自動控制轉(zhuǎn)換信號產(chǎn)生電路、多路模擬開關切換電路、量程控制放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和顯示電路等組成，如圖1所示［1-2］。

圖1中各部分電路的功能分別是：

(1)電壓極性顯示信號產(chǎn)生電路：由電壓比較器根據(jù)被測電壓極性產(chǎn)生“+”或“-”極性顯示信號。

(2) 電壓通道選擇與極性轉(zhuǎn)換電路：有2個通道，對于正極性電壓由通道1通過，若為負極性電壓由通道2通過，再變換為正極性后輸出。

(3) 量程自動控制信號產(chǎn)生電路：根據(jù)被測電壓的高低確定各段的測量范圍（量程）,產(chǎn)生量程自動轉(zhuǎn)換控制信號、超量程顯示與報警信號，并控制各量程小數(shù)點的位置。

圖1 數(shù)字式智能電壓表電路結構方框圖

(4)程控放大器與模擬開關切換電路：在量程自動轉(zhuǎn)換控制信號的作用下選擇不同的通道，將某個量程的輸入電壓放大或衰減一定比例后送入A/D轉(zhuǎn)換器。

(5) A/D轉(zhuǎn)換電路：將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

(6) 譯碼與顯示電路：將數(shù)字信號譯碼后，由數(shù)碼管顯示出測量結果。

2 電路原理圖簡介

根據(jù)圖1構建的數(shù)字式智能電壓表電路原理［3-5］如圖2所示。圖中主要元器件的作用如下：

U1（LM324）為四運放IC1，U1-1/4與U1-2/4的作用是產(chǎn)生被測電壓極性識別信號與控制U2的信號通道。U1-3/4構成程控放大電路，對被測電壓進行10，1，1/10，1/100的放大或衰減。U1-4/4為反相放大器，用于調(diào)整輸出電壓幅度以滿足A/D轉(zhuǎn)換器正常工作要求；

U2（SGM522）為二通道模擬開關IC，實現(xiàn)正、負極性的被測電壓分通道傳輸，以便對負極性信號實施反相處理；

U3（C4066）為四通道模擬開關IC，在量程自動控制信號的作用下，實現(xiàn)讓不同量程的電壓分通道傳輸，以便配合U1-3/4電壓進行幅度變換；

U4（LM339）、U5（74LS05）、U6與U7（74LS21）組成自動量程控制信號產(chǎn)生電路。其中，U4為四比較器IC，用于確定各量程的測量范圍，U5為四反相器，對高或低電平實施反相變換，U6、U7均為四輸入雙與門IC，通過邏輯運算獲得自動量程控制信號；

圖2 數(shù)字式智能電壓表電路原理圖

U8（C14433）為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器（又稱雙斜式A/D轉(zhuǎn)換器），轉(zhuǎn)換輸出結果與輸入信號的平均值成正比，對疊加在輸入信號上的交流干擾有良好的抑制作用，具有零漂補償?shù)?位半（BCD碼）單片雙積分式A/D轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換速率為3～10 Hz，轉(zhuǎn)換精度為±1 LSB，模擬輸入電壓范圍0～±1.999 V或0～±199.9 mV，輸入阻抗大于100 MΩ。MC14433轉(zhuǎn)換結果以BCD碼形式，分別按千、百、十、個位由Q0～Q3端輸出，相應的位選通信號由DS1～DS4提供；

U9（MC14511B）為譯碼集成電路，將BCD碼譯碼成十進制信號，控制數(shù)碼管的位顯示；

U10（MC1413）為7路反相緩沖集成電路，用于實現(xiàn)高低電平間的轉(zhuǎn)換，增強對數(shù)碼顯示管的驅(qū)動能力。

3 電路工作原理

（1） 被測電壓的Ux極性判斷與變換電路工作原理：電路由2個過零電壓比較器、一個反相器和雙向限幅電路組成［6］，當Ux極性為“+”時，U1-1/4輸出高電平，在C＋的控制下被測電壓通過U2的第一通道。U1-2/4輸出低電平，C―也為低電平，U2的第二通道不通；當Ux極性為“-”時，U1-2/4輸出高電平，在C―的控制下被測電壓通過U2的第二通道，并通過U5-1/4完成反相變換。U1-1/4輸出低電平，C＋使U2的第一通道不通。V1,V2為雙向限幅二極管，用于限制加到U1-1/4與U1-2/4輸入端的電壓幅度。

（2） 多路模擬開關和程控放大電路工作原理：電路由C4066，U1-3/4、R4～R7等組成。設R1~R3通道等效電阻為R1～3，其大小可設置為100kΩ，當B1為高電平時，多路模擬開關C4066的i1~O1通道接通，運放U1-3/4的反饋電阻R4取1 MΩ，對Ux放大10倍后送入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。若A/D轉(zhuǎn)換的電壓滿度值為2 V，則可測量0～±200 mV的電壓。同理，當量程轉(zhuǎn)換控制信號B2,B3,B4分別為高電平時，C4066對應的通道接通，當U1-3/4的反饋電阻R5，R6，R7分別取100kΩ、10kΩ、1kΩ時，R5使±200 mV～±2 V的電壓直接通過，R6使±2～±20 V的電壓衰減10倍后通過，R7使±20～±200 V的電壓衰減100倍后通過。再將某┮宦肥涑齙繆咕U1-4/4反相放大，使與實際被電壓極性一致，并可通過R16調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)（-R16/R15），保證A/D轉(zhuǎn)換電路正常工作所需的輸入電壓。

（3）量程自動轉(zhuǎn)換控制電路工作原理：量程自動轉(zhuǎn)換電路由四4比較器U4、3個反相器（U5內(nèi)）、2個四輸入雙與門U6與U7、分壓電阻R10～R14等組成。由于設置R1～3為100kΩ，選擇R8（470kΩ可調(diào)）與R9（5kΩ）使ux在R9上的分壓比為1/100，經(jīng)分壓后加到各比較器的反相輸入端。當ux分別為±200 mV，±2 V，±20 V，±200 V時，分電壓值分別為2 mV,20 mV,0.2 V,2 V。同時，由R10～R14（電阻值如圖2中所示）對VCC分壓獲得各比較器的參考電平也分別為2 mV,20 mV,0.2 V,2 V，并分別加至各比較器的同相輸入端。當被電壓Ux達到某量程的滿刻度值時，使比較器的輸出電平由高變低，通過組合邏輯電路產(chǎn)生量程自動控制與標志信號（高電平有效）。若Ux位于0～±200 mV，U6-1/2輸出高電平，獲得有效量程控制信號B1，其余B2～B3為低電平；同理，當被測電壓分別在±2 V，±2～±20 V，±20～±200 V范圍時，U6-2/2、U7-1/2、U7-2/2分別輸出高電平，獲得量程控制信號B2、B3和B4，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表1所示。

邏輯表達式分別為：B1＝W•X•Y•Z，B2＝┆WX•Y•Z，B3＝WX•Y•Z，B4＝WXYZ。Z＝0為超量程標志信號。

（4） 被測電壓極性、小數(shù)點位置與超量程的指示信號：被測電壓極性顯示控制信號由U1-2/4提供，用輸出的高或低電平控制“-”或“+”號的顯示；小數(shù)點位置控制信號由量程自動轉(zhuǎn)換控制信號實現(xiàn)，B1的高電平用于顯示測量范圍為0～±200 mV的小數(shù)點位置，B2的高電平用于顯示測量范圍為±200 mV～±2 V的小數(shù)點位置，B3的高電平用于顯示測量范圍為±2～±20 V的小數(shù)點位置， B4的高電平用于顯示測量范圍為±20～±200 V的小數(shù)點位置，當被測量電壓范圍在±200 V以外時，不用小數(shù)點；超量程指示信號由B4的低電平實現(xiàn)，當B4為低電平時，表明被測電壓超過了±200 V的最高上限。

（5） A/D轉(zhuǎn)換、譯碼、顯示電路工作原理：用U1-2/4輸出的信號控制數(shù)碼管最高位“g”段的亮與不亮，實現(xiàn)極性“-”顯示。當U4的4個比較器都輸出高電平量，便發(fā)生了超量程情況，可用它們產(chǎn)生報警與超量顯示信號（本系統(tǒng)未考慮）。當程控放大器輸出的信號加到U8的3腳，將模擬電壓轉(zhuǎn)換為BCD碼，并由20、21、22、23腳輸出，經(jīng)U9譯碼為千、百、十、個四位十進制數(shù)，同時，由U8的16、17、18、19腳輸出對應的選通信號，共同控制數(shù)碼管顯示測量結果。

4 結 語

本測量系統(tǒng)運用與門、反相器、比較器、多路模擬開關集成電路（C4066）等數(shù)字集成電路巧妙組合獲得了被電壓極性判斷、量程自動轉(zhuǎn)換、信號幅度變換、小數(shù)點位置顯示控制、超量程顯示與報警信號。電路結構設計看似復雜，但分立元件少，成本低。具有設置量程方便、電壓測量范圍寬、功能相對獨立且容易擴展、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，值得借鑒。

參考文獻

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［9］郝云芳，黃天錄．數(shù)字電子技術［M］.北京：人民郵電出版社,2005.

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關鍵詞：萬用表 電壓測量 故障檢修

在電氣設備故障檢修時，為了便于安全簡便地尋找、判斷和檢修電氣設備故障點，筆者探討采用電壓階梯測量法、電壓間段測量法的應用。

一、電壓的階梯測量法

以圖1為例，當按下啟動按鈕SB2時，如果接觸器KM1不吸合則說明電路有故障。那么我們先要用萬用表測量1、7兩點電壓，如果電路正常，電壓應該是110V。再按下SB2不放，同時將黑表棒接到7點上不變，紅表棒依次向前移動接6、5、4、3、2點，分別測量6-7、5-7、4-7、3-7、2-7各階梯之間的電壓。如果電路正常，階梯間電壓均為110V。假如6-7之間無電壓，說明是斷路故障，可將紅表棒依次移動。當移至5點時電壓正常，說明5點之前觸頭或接線是完好的，5點之后的觸頭或接線處有斷路，經(jīng)常會出現(xiàn)5點的第一個觸頭或連線處斷路。

這種像階梯一樣的電壓測量方法，我們形象地稱為電壓階梯測量法。

電壓階梯測量法可以自7點到1點向上依次測量；也可自1點到7點向下依次測量1-2、1-3、1-4、1-5、1-6（向下測量時，若各階電壓等于電源電壓，則說明剛測過的觸頭或?qū)Ь€已斷路）。向上測量的各階梯電壓值及檢查故障如表1所示。

表1 電壓階梯測量法所測電壓值及故障原因

二、電壓間段測量法

電壓的間段測量法。以圖2為例，先用萬用表測量1、7兩點電壓，如果電路正常電壓應該是110V。電壓的間段測試法是用紅、黑兩根表棒測量兩個相鄰點1-2、2-3、3-4、4-5、5-6、6-7之間的電壓。如電路正常，除6-7兩點間的電壓等于110V外，其他任意相鄰兩點間各段電壓都應為零。

當按下啟動按鈕SB2時，如果接觸器KM1不吸合則說明電路有故障?？捎秒妷罕碇鸲螠y試各相鄰兩點的電壓。如測量某相鄰兩點電壓為110V，則說明兩點所包括的觸頭，其連接導線接觸不良或斷路。例如1-2兩點間電壓為110V，說明熱接觸器KH的1點或者2點常閉觸頭接觸

不良。

這種相鄰兩點之間各段電壓測量的方法，被形象地稱為電壓間段測量法。

電壓間段測量法可以自1點到7點依次測量；也可自7點到1點依次測量7-6、6-5、4-3、3-2、2-1相鄰兩點間的電壓值。

利用電壓間段測量法所測電壓值檢查電氣故障方法如表2所示。

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關鍵詞：煤礦提升機；制動液壓站；電接點壓力表；欠壓保護；超壓保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH812 文章編號：1009-2374（2015）35-0151-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.35.075

1 概述

安陽鑫龍煤業(yè)公司井下軌道斜巷均采用JTPB/JKB系列提升機。提升機主要由提升機本體、驅(qū)動裝置、電控部分、系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等組成。眾所周知，安全生產(chǎn)歷來是煤礦企業(yè)各項工作的重中之重，細化到礦井運輸系統(tǒng)，斜巷運輸則是礦井整個運輸系統(tǒng)的一個咽喉關鍵，而斜巷運輸?shù)年P鍵又在于提升絞車的制動系統(tǒng)是否安全可靠。因此，提升機制動系統(tǒng)的正常運行對保證礦井斜巷運輸安全非常重要。在實際工作中，電接點壓力表對監(jiān)視、控制制動系統(tǒng)處于正常的壓力范圍，作用重大。但因為種種原因，在日常使用管理過程中，電接點壓力表的欠壓、超壓保護往往出現(xiàn)設置不正?；虿煌队玫那闆r，大大降低了提升機制動系統(tǒng)運行的可靠性，安全系數(shù)隨之降低。

2 電接點壓力表的應用

電接點壓力表廣泛應用于石油、機械、煤炭等工業(yè)部門或機電設備配套中測量無爆炸危險的各種流體介質(zhì)壓力。通常，儀表經(jīng)與相應的電氣器件（如繼電器及變頻器等）配套使用，即可對被測（控）壓力的各種氣體與液體介質(zhì)經(jīng)儀表實現(xiàn)自動控制和發(fā)信（報警）的目的。電接點壓力表由測量系統(tǒng)、指示裝置、磁助電接點裝置、外殼、調(diào)節(jié)裝置及接線盒等組成。當被測壓力作用于彈簧管時，其末端產(chǎn)生相應的彈性變形―位移，經(jīng)傳動機構放大后，由指示裝置在度盤上指示出來。同時指針帶動電接點裝置的活動觸點與設定指針上的觸頭（上限或下限）相接觸的瞬時，致使控制系統(tǒng)接通或斷開電路，以達到自動控制和發(fā)信報警的目的。

3 電接點壓力表的指針用途說明

電接點壓力表有三根接線，一根是公用的。表針是可調(diào)的，上面的指針是上限，下面的指針是下限，中間的黑色指針指示是制動系統(tǒng)實時壓力的數(shù)值。

4 具體原理

4.1 絞車液壓站制動系統(tǒng)電機和主提升電機啟動順序

開車時，制動油泵先啟動，開始向制動油缸提供油壓，同時或稍后主提升電機通電啟動。

4.2 欠壓保護原理

只有當制動系統(tǒng)油壓上升達到或超過欠壓指針值后，主電機才啟動。欠壓保護起到的是（順序啟動）聯(lián)鎖控制的作用。即當制動系統(tǒng)出現(xiàn)問題，比如出現(xiàn)油壓不能正常上升，低于欠壓指針示值時，低壓啟動控制繼電器未接通，絞車主電機控制回路未接通，主電機應不能啟動。這是一個原則問題，否則在制動系統(tǒng)未松閘的情況下，主電動機先啟動運轉(zhuǎn)，將會對主軸等絞車部件產(chǎn)生損害。

4.3 超壓保護原理

超壓保護報警或動作時，提示制動液壓系統(tǒng)壓力超標，此時應停機檢查排除故障。按照制動液壓系統(tǒng)說明書規(guī)定的參數(shù)，調(diào)節(jié)整定液壓系統(tǒng)安全溢流閥的壓力值。

5 判斷欠壓保護是否投運的方法

根據(jù)上述欠壓保護的工作原因：欠壓保護起到的是（順序啟動）聯(lián)鎖控制的作用。只有當制動系統(tǒng)油壓上升達到或超過欠壓指針值后，主電機才啟動。即正常情況下，主提升電機啟動同時或之前，制動閘瓦已松閘。

要驗證提升機是否按這個程序啟動運行，這里可以采取觀察電機啟動電流的大小，進行判斷驗證。具體步驟是：（1）在確保提升機鋼絲繩鉤頭無負載的情況下，人為將制動閘塊松閘，使閘塊與閘盤脫離接觸。此時，啟動主電機，觀察記錄電氣啟動電流A1；（2）同樣在提升機鋼絲繩鉤頭無負載的情況下，按正常狀態(tài)程序啟動主電機，這時觀察記錄啟動電流A2；（3）結論驗證。比較啟動電流A1和A2的大小，如果A1=A2，則表明欠壓保護正常投運，且參數(shù)設置符合要求；如果A1

6 欠壓保護的后果

鑫龍煤業(yè)公司紅嶺礦15軌道一坡絞車、主焦礦-210絞車，欠壓保護出現(xiàn)的問題、潛在隱患及可能造成的嚴重后果。目前這兩部絞車電接點壓力表上，欠壓保護均設置為0。說明制動系統(tǒng)欠壓保護這一項被短接，未投用。欠壓保護這一項被短接，之所以未影響絞車正常運行，原因是絞車安全控制回路，還有其他對啟動順序同樣起到連鎖控制的電氣元件（電氣設計的安全冗余原則，即當該保護被甩后，系統(tǒng)仍能正常運行）。該欠壓被甩掉后可能出現(xiàn)的問題：一是系統(tǒng)少了一道安全保護。雖然不影響絞車的正常運行，但安全保障系數(shù)降低了；二是一旦其他與欠壓起同樣作用的冗余控制元件也出現(xiàn)故障，而此時欠壓保護又未投（或設置不正確，欠壓值低于殘余），就會出現(xiàn)問題。可能造成的嚴重后果是：制動系統(tǒng)未正常松閘，但主電機已啟動運轉(zhuǎn)，將會損壞主軸或燒壞電機等問題。

7 欠壓保護的設置

在實際情況中，各類絞車制動系統(tǒng)欠壓參數(shù)的具體數(shù)值是在不斷變化的，是跟隨著制動閘塊貼閘壓力的逐漸變化而變化的。因每個絞車的制動系統(tǒng)力矩（貼閘壓力不同）而不同，即使是同一絞車同一蝶形彈簧制動器，隨著使用限期的延長，在長期的工作過程中，蝶形彈簧會疲勞甚至出現(xiàn)斷裂，以上因素都會導致制動器的制動力矩（貼閘壓力）呈現(xiàn)逐漸變小的變化趨勢。因而導致欠壓參數(shù)的設置也是一個在一定范圍內(nèi)逐漸變小的物理量，因此欠壓保護參數(shù)的設定范圍，需根據(jù)說明書和檢測報告參數(shù)綜合考慮后合理設置。欠壓參數(shù)設置的大致范圍，即欠壓值要高于系統(tǒng)殘壓值（一般殘余均控制在0.5MPa以內(nèi)）。

8 結語