组成数字电压表的原理与应用
数字电压表的设计毕业论文
数字电压表的设计毕业论文数字电压表的设计摘要：本文主要介绍了数字电压表的设计。
首先介绍了数字电压表的基本原理和功能，然后详细讲解了数字电压表的硬件设计和软件设计。
硬件设计包括电路设计和元器件选择，软件设计包括程序设计和界面设计。
最后对数字电压表进行了实验验证，并总结了设计过程中的经验和教训。
1. 引言数字电压表是一种常用的电子测量仪器，广泛应用于工业控制、科研实验和电子维修等领域。
本文将介绍一种基于单片机的数字电压表的设计方案。
2. 基本原理和功能数字电压表的基本原理是通过采集电压信号并将其转换成数字信号，然后通过显示器显示出来。
数字电压表的功能包括测量电压值、显示电压值、单位切换、数据保存等。
3. 硬件设计3.1 电路设计数字电压表的电路设计主要包括信号采集电路、信号转换电路和显示电路。
信号采集电路负责将待测电压信号转换成电压信号，信号转换电路负责将电压信号转换成数字信号，显示电路负责将数字信号显示出来。
3.2 元器件选择在数字电压表的设计中，元器件的选择非常重要。
需要选择合适的电阻、电容、集成电路等元器件，以确保电路的稳定性和精确度。
4. 软件设计4.1 程序设计数字电压表的程序设计主要包括信号采集程序、信号转换程序和显示程序。
信号采集程序负责采集电压信号，信号转换程序负责将电压信号转换成数字信号，显示程序负责将数字信号显示出来。
4.2 界面设计数字电压表的界面设计主要包括显示界面和操作界面。
显示界面负责将数字信号以合适的格式显示出来，操作界面负责提供操作按钮和设置选项。
5. 实验验证为了验证数字电压表的设计方案的准确性和可靠性，进行了一系列实验。
实验结果表明，设计方案能够准确测量电压值并显示出来。
6. 经验总结在数字电压表的设计过程中，我们遇到了一些问题和挑战。
通过实践和总结，我们得出了一些经验和教训。
例如，在硬件设计中，需要注意电路的稳定性和精确度；在软件设计中，需要考虑程序的效率和界面的友好性。
数字电压表的原理
数字电压表的原理 Hessen was revised in January 2021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”。
单片机数字电压表主控制模块工作原理
单片机数字电压表主控制模块工作原理单片机数字电压表的主控制模块是整个系统的核心，负责采集、处理和显示电压信息。
以下是其工作原理的详细解释：电压输入：外部电路将待测电压接入数字电压表系统。
这个电压可能来自各种测量对象，如电池、电源等。
电压分压：如果输入电压超出了单片机的工作范围，通常会使用电阻分压电路将电压降低到单片机可接受的范围内。
分压电路的设计需要考虑电阻值、稳定性和功耗等因素。
模拟信号采样：单片机通过其内部的模数转换器（ADC，Analog-to-Digital Converter）对分压后的模拟电压进行采样。
ADC将连续的模拟信号转换为相应的数字值，通常以二进制形式表示。
数字信号处理：单片机通过编程，对ADC采样得到的数字信号进行处理。
这可能包括对电压进行校准、滤波、数学运算等操作，以确保精准的电压测量结果。
显示控制：处理后的电压数值通过单片机的输出引脚连接到数字显示模块。
这个模块可能是LED、LCD等数字显示器，用于直观地显示电压数值。
用户界面和控制：主控制模块通常还包括用户界面和控制功能。
用户可以通过按键、旋钮或其他输入设备设置测量范围、选择显示单位等。
电源管理：主控制模块通常需要管理系统的电源。
这包括对电池电量的监测、低功耗设计等，以确保数字电压表的长时间可靠运行。
通信接口（可选）：如果数字电压表具备通信功能，主控制模块可能还需要处理与外部设备的数据通信。
这可能包括串口通信、无线通信等。
总体而言，主控制模块在单片机数字电压表中扮演着核心角色，通过采集、处理和显示电压信息，为用户提供准确而便捷的电压测量结果。
其工作原理复杂，设计需要综合考虑电路设计、软件编程和用户交互等多个方面。
mc14433组成数字电压表的原理与应用
MC14433组成数字电压表的原理与应用1. 引言数字电压表作为一种常见的电子测量仪器，在工业、科研、教育等领域得到广泛应用。
本文将介绍MC14433芯片的原理和应用，它是构成数字电压表的核心元件之一。
2. MC14433芯片概述MC14433是一种数字显示器驱动芯片，常用于数字电压表等仪器设备中。
它具有以下主要特点：•支持四位七段LED数字显示器的驱动；•内部集成了BCD-7段解码器，可以将输入的BCD码转换为七段LED 数字管需要的信号；•提供多种显示模式，包括静态和动态显示模式；•内部电流放大器可供驱动外部的数字LED显示器。
3. MC14433芯片的原理MC14433芯片的原理基于BCD码到七段LED显示的转换。
BCD码是一种用二进制编码的十进制数表示方法，每个十进制数由4位二进制数字表示。
MC14433芯片接收输入的BCD码信号，并通过内部的解码器将其转换为七段LED数字管所需的信号。
计算机系统或其他测量设备可通过数字信号与MC14433芯片进行通信，将测量结果以BCD码的形式传输给芯片。
MC14433的内部电流放大器可为外部的数字LED显示器提供足够的驱动电流，确保显示器亮度均匀且清晰可见。
4. MC14433芯片的应用MC14433芯片广泛应用于数字电压表设备中，以下是其在该领域的几个主要应用场景：4.1 汽车电压表MC14433芯片可与传感器和汽车电路系统连接，实现对汽车电压的准确测量和显示。
通过MC14433芯片的驱动，可以将测量得到的电压值以数字形式显示在数码管上，提供给驾驶员参考。
4.2 工业自动化领域在工业自动化领域，数字电压表是一种常用的测量仪器。
MC14433芯片可与各种传感器和工控设备连接，实现对电压信号的检测和显示。
这对于监控和控制工业生产过程中的电压变化非常重要。
4.3 实验教学领域MC14433芯片可以用于实验教学中的电路实验，帮助学生理解电压测量原理和数字显示技术。
数字电压表的概述
数字电压表的概述数字电压表是一种用来测量电路中的电压的仪器。
它可以用来测量直流电压和交流电压，广泛应用于电子工程、电力工程、通信工程等领域。
数字电压表具有精确度高、测量范围广、操作简单等优点，成为现代电子测量仪器中不可或缺的一部分。
数字电压表的基本原理是将被测电压转换为与之成正比的电流或电荷，再通过电路进行放大和处理，最后将结果显示在数字显示屏上。
数字电压表的核心部件是模拟到数字转换器(ADC)，它负责将模拟电压转换为数字信号，并传递给数字处理单元进行处理和显示。
数字电压表通常还配备了保护电路，以防止电压过高或过低对仪器造成损坏。
数字电压表具有很高的精确度，通常可以达到0.1%甚至更高的精度。
这意味着在测量电压时，数字电压表的误差非常小，可以提供可靠的测量结果。
数字电压表的测量范围也很广，可以覆盖几毫伏到几千伏的电压范围，满足不同应用场景的需求。
数字电压表操作简单，通常只需要将测量引线连接到被测电路的正负极，然后选择合适的量程和测量模式，即可进行测量。
数字电压表的显示屏通常会显示电压数值和量程单位，方便用户直观地读取测量结果。
一些高级的数字电压表还具有自动量程切换、数据记录、峰值保持等功能，进一步提高了测量的便利性和灵活性。
数字电压表的应用非常广泛。
在电子工程中，数字电压表被用来测量电路中各个节点的电压，以验证电路设计的正确性。
在电力工程中，数字电压表可以用来测量电力系统中的电压变化，以监测电网的稳定性。
在通信工程中，数字电压表可以用来测量通信设备中的电压信号，以确保通信质量的稳定性。
总的来说，数字电压表是一种精确、方便、实用的电子测量仪器。
它的出现极大地简化了电压测量的过程，提高了测量的准确性和效率。
数字电压表在各个领域都有着广泛的应用，为工程师和技术人员提供了强大的测量工具。
随着科技的不断发展，数字电压表也在不断创新和改进，将会有更多的功能和特性加入进来，进一步满足不同领域的测量需求。
第5章数字电压表
∫
代入
T2 UX = Ur T1
第18页
电子测量原理
二、A/D转换原理 2. 双积分式ADC （2） 工作过程
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
③对参考电压反向定值积分（t2～t3） 由于T1、T2是通过对同一时钟信号（设周期T0）计数 得到（设计数值分别为N1、N2），即T1 = N1T0，T2 = N2T0， 于是 N2 UX = Ur = eN2 N1 e=
第12页
…
…
A/D 转换 结果 N
电子测量原理
二、A/D转换原理 1. 逐次逼近比较式ADC （2） 原理框图
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
SAR的最后输出即是A/D转换结果，用数字量N表示。
最后的D/A转换器输出已最大限度逼近了Ux，且有：
A/D转换结果的数字量 A/D输入电压
UX =
N ×Ur 2n
二、A/D转换原理 1. 逐次逼近比较式ADC （2） 原理框图
+
5.4 直流电压的数化测量与A/D转换
UX
¯
比较器
逐次逼近移位 START 寄存器（SAR） MSB
2-1 LSB 2-n D/A转换器
CLK
图中： SAR为逐次逼近移位寄存器，在时钟CLK作用下，
对比较器的输出（0或1）每次进行一次移位， 移位输 出将送到D/A转换器，D/A转换结果再与Ux比较。
读数误差 满度误差
显示位数1999/2000个字求得
=±（%+% Um ） UX UX 其中：UX为被测电压读数；Um为满刻度值。 示值（读读数）相对误差： =
数字电压表基本原理以及维修
数字电压表的基本原理就是将待测电压转换成数字量，经 过数字逻辑电路处理后以数字的形式输出，A/D转换器是它 的核心，A/D转换器分为积分式，比较式和复合式三种类型， 直流数字电压表相应地分为积分式，比较式和复合式三种 类型。目前，应用比较广泛的是双积分式DVM，其次是逐 次比较式DVM
《电子设备维修技术》
第六章 数字电压表原理与 修理
数字电压表原理 数字电压表检修程序 数字电压表常见故障及
检修
数字电压表（DVM， Digital Voltage Meter ）是一种利用 模-数转换原理,将被测电压模拟量转换成和它成正比的数字 量进行测量，并且将测量的结果用数字方式显示出来的电 子测量仪器
采用测试器件法检测上通道放大器V6 是否损坏或者变值
➢ 因为整个放大器的调零，是依靠上通道 放大器输入端的电位的调整来实现的
➢ 如果上通道放大器V6损坏了，调零电 位器RP2上的直流电压就不能作用到 A2的同相输入端，就会造成不能调零 的故障现象
如果上述测试都正常了，可以进一步采用改 变现状法和信号注入法检测集成运放A1和A2 的功能是否良好
➢ 脱焊双通道放大器的输出端，然后将输出端通过反 馈电阻网络接地，如果仪器能够显示稳定的 ±0.000数字，就表明故障存在于双通道放大器电 路中；如果还是调零不正常，则表明故障存在于后 面的积分器或者零电平比较器等单元电路中
➢ 然后采用波形观测法和分割测试法检测相关电路的 好坏
➢ 在这里，我们以双通道放大器电路的检修为例来进 行说明
直流数字电压表 原理
直流数字电压表原理
直流数字电压表是一种测量直流电压的仪器。
其工作原理基于安培定律和欧姆定律。
安培定律表明，在一段电路中，电流的大小与通过该电路的电压成正比。
欧姆定律则说明了电流与电阻之间存在着一种线性关系，即电流等于电压除以电阻。
直流数字电压表利用这两个定律来测量直流电压。
在测量过程中，它通过将待测电压与已知电阻串联，通过分压的原理来测量电压的大小。
具体来说，直流数字电压表内部包含一个系列的电阻，这些电阻可通过旋钮来选用。
当待测电压施加到测量端口上时，电压会通过选用的电阻产生分压作用，使得仪表内部的电路中流过的电流减小。
测量电路中的电流经过放大和转换后，传递给数字显示部分。
数字显示部分将接收到的电流信号转换为对应的电压值，并将其显示在屏幕上。
由于数字显示部分已经预先校准，所以在测量过程中，我们可以直接看到数字显示屏上的数值，从而得知待测电压的大小。
总的来说，直流数字电压表通过选取不同的电阻来实现电压的分压，并通过数字显示部分将分压形成的电流信号转换成相应的电压值，从而实现对直流电压的测量。
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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。
[8]. Pin12(V
EE —负电源端。
V
EE
是整个电路
的电压最低点，此引脚的电流约为0.8mA，驱动电流并不流经此引脚，故对提供此负电压的电源供给电流要求不高。
[8]. Pin13(Vss)—数字电路的负电源引
脚。
Vss工作电压范围为V
DD -5V≥Vss≥V
EE。
除
CLK0外，所有输出端均以Vss为低电平基准。
[9]. Pin14(EOC)—转换周期结束标志位。
每个转换周期结束时，EOC将输出一个正脉冲
信号。
[10]. Pin15( )—过量程标志位，当|Vx|>V
REF
时，输出为低电平。
[11]. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)—多路选通脉冲输出端。
DS1、DS2、DS3和DS4分别对应千位、百位、十位、个位选通信号。
当某一位DS信号有效（高电平）时，所对应的数据从Q0、Q1、Q2和Q3输出，两个选通脉冲之间的间隔为2个时钟周期，以保证数据有充分的稳定时间。
[12]. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)—BCD码数据输出端。
该A/D转换器以BCD 码的方式输出，通过多路开关分时选通输出个位、十位、百位和千位的BCD数据。
同时在DS1期间输出的千位BCD码还包含过量程、欠量程和极性标志信息，这些信息所代表的意义见下表。
[13]. Pin24(VDD)—正电源电压端。
数显温度计的设计与制作
一、测温探头的工作原理
如图所示的电路中，电阻R1-R3二极管V1－V3,三极管V1构成温度传感器电路。
其中，VD1,VD2串接作为测温探头，R1-R3、VD3、V1构成恒流源电路，给测温探头提供恒定的正向电流。
大家知道，半导体二极管的正向电压降取决于正向电流的大小和温度，当正向电流一定时，正向压降随温度的升高而下降。
对于普通的硅二极管1N4148而言，具有约－2.1mV/℃的温度系数，当两个1N4148串接时，总的正向压降与温度的关系约为－4.2mV／℃。
理论和实降都已证明，在－50℃～＋150℃的范围内，二极管的测温精度可达±0.1℃。
与其它温度传感器相比，二极管的温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点。
而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下，其正向压降是非常稳定的。
二、测温显示原理
测量探头把待测温度转换为相应的电压后，因为要实现温度的数字显示，就必须有模拟／数字转换装置。
在本电路中，是以Motorola公司生产的A/D转换器MC14433为核心。
MC14433是单片CMOS3 1／2双积分型A/D转换器，该A/D转换器的转换精度高达
±0.05%±1字；转换速率为2－25次／秒；输入阻抗大于1000M欧；外围元件少，电路结构简单；量程为1.999V和199.9mV两档；输出8421BCD代码，经译码后实际LED动态扫描显示。
MC14433的第2脚为外接基准电压Vref输入端；第3 脚为被测电压Vin输入端；第1脚为模拟地，此端为高阻输入端，是被测电压和基准电压的地；第15脚为过量程输出标志端OR，平时OR为高电平，当|Vin|>Vref 即超过量程时，OR为低电平。
被测电压Vin与其准电压Vin
与基准电压Vref成下列比例关系（当小数点定位于4个LED数码管的十位数时）：
输出读数＝Vin／Vref×199.9
因为MC14433以扫描方式输出数据，所以只需要用一个译码器就能驱动4只共阴极LED 数码管，其中千位数的数码管只接“b、c”两段。
4个LED数码管的公共阴级分别由MC1413中的4个达林顿复合晶体管驱动。
负号由千位数的LED数码管“g段”来显示，显示负号的“g段”由MC14433的Q2控制，当输入负电压时（对应温度为0℃以下），Q2＝“0”，显示负号的“g段”通过R15欧电阻点亮；当输入正电压时（对应温度为0℃以上），Q2＝“1”使MC1413的另一个达林顿复合晶体管把流过R15的电流旁路到地，使显示负号的“g段”熄灭。
小数点固定在十位数的LED数码管，通过R16给小数点“dp”提供电流，使小数点“dp”点亮。
三、调试
调试前先准好0℃冰水各100℃的沸水。
调试方法如下：
1,将调沸点的电位器调最上端，使Vref为最高电压，把二极管测温探头置于0℃的冰水中，调节调沸冰点电位器，使四只LED数码管显示的读数为“00.0”
2,将二极管测温探头置于100℃的沸水中，调节调点电位器，使得四只LED数码管显示的读数为“100.0”，且MC14433的第15脚的0R为高电平。
经过上述调试后，该数显温度计就可以正常工作了，其测温范围是－50℃～150℃.。
该数显温度计的测温范围仅受二极管测温探头的限制，若改用其它的温度传感器，则无需变动附图所示电路的其他部分，就可获得不同测温范围的数显温度计。