数字电压表十篇

数字电压表篇1

关键词：数字电压表　V-F转换　设计

中图分类号：TM933

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）008-034-02

1 方案选择

通常情况对于电压的数字测量，采用A/D转换器如（ADC0809）实现模拟量电压到数字量转换，控制核心ATC89C51等单片机对转换结果进行运算处理，最后驱动输出装置显示测量结果。此种方案的测量精度较高，但成本也较高，软件编程复杂，对于一些低测量精度精度要求场合并不适用。于此决定采用一种不需要使用A/D转换和单片机的低成本方案。将电压模拟量通过LM331（电压—频率转换芯片）线性转换为与之对应的频率量，并通过构建的计数显示电路显示测量结果。

2 电路设计——V-F(电压-频率)转换电路

此电路由LM331芯片、电阻电容等元器件构成。

LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331的动态范围宽, 可达 100dB；线性度好，最大非线性失真小于 0.01%，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路,并且容易保证转换精度。

电参数计算公式如下：

转换要求输入1V时，其输出频率为1000Hz；输入5V时，其输出频率为5000Hz，从而计算得到Rs=18K，Ri=100K，Rt = 8.8K，Ct = 0.01uf。

3 峰值检波电路

为实现精密的线性整流，必须解决两个问题：(1)改善二极管的非线性特性，以实现良好的线性转换关系；(2)减少二极管阈值电压的影响，使其能对尽可能小的输入信号进行转换。

采用运放和普通二极管组成的有源整流电路，能有效的解决以上两个问题。

设计电路由LM358AD运算放大器，二极管1N5617，电阻，电容等元器件构成。此电路是由一级运放构成，二极管D2至于反馈电路中。运算放大器U3与电容C1一道构成峰值检波电路；运算放大器U1构成跟随器，使峰值检波电路与后面的电路隔离。此部分电路可以记忆并追随输入的三角波，方波，正弦波的最大正峰值并输出检波后的直流电压信号。

4 频率计数显示电路

直接使用十进制计数器74LS160完成对脉冲的计数，同时利用晶振电路产生一秒的高电平，运用门电路及单稳控制计数器在一秒高电平中完成计数。最后使用锁存器计数所得数值并输送给译码显示电路。

4.1 时间基准T=1S产生电路

测量频率是按照频率的定义进行的，若T=1s，计数器显示数字N，则Fx＝N。若取T=0.1s，通过闸门的脉冲个数为N1时，则Fx＝N1/0.1=10N1。由此可见闸门时间决定量程，T的大小可以通过分频器选择，选择大一些，测量准确度就高一些。根据被测频率选择闸门时间，闸门时间为1S，被测信号频率通过计数锁存可以直接从计数显示器上读出。

这部分的作用就是提供准确的计数时间T，它由高稳度的石英晶体振荡器，分频整形电路组成。无源晶振产生F=32.768KHZ的脉冲，其幅度经过74LS14整形为0-5V的方波，其频率经过四个74LS161计数器进行16次分频，输出频率为0.5HZ的方波信号。

4.2 计数脉冲形成电路

这部分电路的作用是将被测的周期信号转换为可计数的窄脉冲，它一般由放大整形电路和主门（与门）电路组成。被测输入周期信号（频率为Fx，周期为Tx）经放大整形的周期为Tx的窄脉冲，送至与门的一个输入端。主门的另一个控制端输入的是时间基准产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门期间，周期为Tx的窄脉冲才能经过主门，在主门的输出端产生输出。在闸门脉冲关闭主门期间，周期为Tx的窄脉冲不能经过主门，在主门的输出端产生输出。

4.3 计数显示电路

这部分电路的作用简单的说，就是计数被测周期信号在闸门宽度T的时间内重复的次数，显示被测信号的频率。它由计数器、锁存器、译码器、单稳态触发器和显示器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的。单稳的上升沿作为锁存器的锁存脉冲。

锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期T内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用，同时把所存出的状态送入译码器译码，在显示器上得到稳定的计数显示。

为了使计数器稳定准确的工作，利用开关的开启闭合产生清零脉冲，使所有的计数器74LS160清零，为下次测量做好准备。

5 理论误差分析

5.1 计数器计数误差(·误差)

测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相关的，也就是说它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样，即便在相同的主门开启时间T 内，计数器所得的数却不一定相同，造成多计一个数或者少计一个数。%=N的取值只有三个值，即%=N=0，1，-1。所以，脉冲计数的最大相对误差为

式中，fx为被测信号频率，T为闸门时间。

5.2 闸门时间误差(时基误差)

闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，产生测频误差。闸门时间T是由晶振信号分频而得。设晶振频率为fc，分频系数为K，所以 由误差合成原理可知

5.3 计数测频总差

有误差合成原理可得计数总误差最大为

由于晶振相对量化误差很小，所以忽略不计。将测量下限fc=50Hz代入上式，可得最大频率测量误差约为2%。

5.4 电压峰值检波误差

经过Multisim仿真，输入1kHz，峰峰值为1V的三角波，检波电路输出为0.99446V的直流电压。相对误差为（电压越小，相对误差越大，且方波、正弦波检波误差均小于三角波）。

5.5 电压测量总误差

根据误差合成原理

代入上式计算可得

参考文献：

数字电压表篇2

关键词：ADC0831；AT89C2051；数字电压表

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0242-02

1背景

电压表作为一种常用仪器，在日常生活和工业生产中已经被广泛使用。我们经常需要测量某一个电路的直流电压值，而采用单片机和模数转换器构成的直流数字电压表就显得非常重要和方便。

模数转换器按照精度可以分为8位、10位、12位、16位等，而8位模数转换器由于价格便宜被广泛使用。模数转换器按照数据传送的方式可以分为并行和串行两种，并行的模数转换器通过8位并口与单片机相连，但是这样就会大量占用单片机的I/O口资源，导致单片机的I/O口资源紧张。为此，采用串行稻荽送的ADC0831设计的数字电压表，能够非常好地解决以上问题。

ADC0831是美国国家半导体公司推出的一种逐次逼近型串行模数转换器，具有以下特点：

1）DC0831是一款8位的模数转换器；

2）ADC0831可通过三线串行总线与单片机连接；

3）ADC0831是单通道的A/D转换器；

4）ADC0831可以单端输入，也可采用差分输入；

5）ADC0831最大功耗0.8W；

6）ADC0831电源电压（最大值）为6.3 V，电源电压（最小值）为4.5V；

7）ADC0831最大工作温度+70℃；

8）ADC0831输入电压5V，参考电压5V。

2ADC0831的引脚排列与使用方法

ADC0831的引脚排列如图1所示，其中1脚为片选端（CS），2脚为正输入信号端（IN+），3脚为负输入信号端（IN-），4脚为地（GND），5脚为参考电压输入端（REF），6脚为串行数据输出端（DO），7脚为时钟信号输入端（CLK），8脚为电源端（VCC）。

ADC0831的工作时序如图2所示。

从图2中可以看出，当片选端CS变为低电平后，ADC0831芯片被选中，此时时钟输入端（CLK）输入2个时钟信号后，ADC0831就将前次转换的结果的最高有效位（MSB）通过串行数据输出端（DO）输出，接着要求时钟输入端（CLK）继续输入8个时钟信号，单片机就可以通过ADC0831的串行数据输出端（DO）读取到模数转换数据了。

3硬件设计

图3为数字电压表的硬件结构图，控制器采用AT89C2051单片机。AT89C2051单片机共有20个管脚，是一款低功耗、高性能的8位单片机。

图4为ADC0831模数转换器与A T89C2051单片机的管脚连接图，其中单片机的P3.4口与ADC0831的片选端（CS）相连，P3.5口与时钟输入端（CLK）相连，P3.7口与串行数据输出端（DO）相连，数字电压表系统采用ADC0831的单端输入方式，通过ADC0831的VIN+端对外进行电压测量，VIN一端接地，参考电压输入端（REF）接5V。

数字电压表的显示采用四位一体共阳数码管作为显示器件，单片机的P1口作为数码管的段选端，P3.0-P3.3口通过PNP三极管驱动数码管的控制端，进行点亮控制。

4软件设计及仿真

ADC0831的模数转换函数流程图如图5所示，因此我们在编写程序时，必须严格按照如图2所示的ADC0831的时序图进行编程，否则ADC0831可能不会正常工作。

本系统在设计时采用PROTEUS仿真软件进行仿真，检查程序是否正确。图6给出了仿真软件的仿真效果图，在仿真时，采用电位器来模拟被测电压输入的变化。如图6所示，被测电压为4.2V，而数码管显示值为4.194V，表示此数字电压表所测得的电压值为4.194V，与被测真值相差0.006V。当输入电压改变时，电压表的显示数据也随之变换，从而实现直流电压的测量功能。

数字电压表篇3

数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。

新型数字电压表的整机设计

该新型数字电压表测量电压类型是直流,测量范围是-5～+5V。整机电路包括:数据采集电路的单片机最小化设计、单片机与PC接口电路、单片机时钟电路、复位电路等。下位机采用AT89S51芯片,A/D转换采用AD678芯片。通过RS232串行口与PC进行通信,传送所测量的直流电压数据。整机系统电路如图1所示。

数据采集电路的原理

在单片机数据采集电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加逻辑器件做接口电路,实现了单片机对AD678转换芯片的操作。

AD678是一种高档的、多功能的12位ADC,由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统,而且一次A/D转换仅需要5ms。

在电路应用中,AD678采用同步工作方式,12位数字量输出采用8位操作模式,即12位转换数字量采用两次读取的方式,先读取其高8位,再读取其低4位。根据时序关系,在芯片选择/CS=0时,转换端/SC由高到低变化一次,即可启动A/D转换一次。再查询转换结束端/EOC,看转换是否已经结束,若结束则使输出使能/OE变低,输出有效。12位数字量的读取则要控制高字节有效端/HBE,先读取高字节,再读取低字节。整个A/D操作大致如此,在实际开发应用中调整。

由于电路中采用AD678的双极性输入方式,输入电压范围是-5～+5V,根据公式Vx10(V)/4096*Dx,即可计算出所测电压Vx值的大小。式中Dx为被测直流电压转换后的12位数字量值。

RS232接口电路的设计

AT89S51与PC的接口电路采用芯片Max232。Max232是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。Max232芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS232电平达到匹配。

串口通信的RS232接口采用9针串口DB9,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。在实验中,用定时器T1作波特率发生器,其计数初值X按以下公式计算:

串行通信波特率设置为1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,计算得到计数初值X=0f3H。在编程中将其装入TL1和THl中即可。

为了便于观察,当每次测量电压采集数据时,单片机有端口输出时,用发光二极管LED指示。

软件编程

软件程序主要包括:下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与PC串口通信程序。单片机采用C51语言编程,上位机的操作显示界面采用VC++6.0进行可视化编程。在串口通信调试过程中,借助“串口调试助手”工具,有效利用这个工具为整个系统提高效率。单片机编程

下位机单片机的数据采集通信主程序流程如图2所示、中断子程序如图3所示、采集子程序如图4所示。单片机的编程仿真调试借助WAVE2000仿真器,本系统有集成的ISP仿真调试环境。

在采集程序中,单片机的编程操作要完全符合AD678的时序规范要求,在实际开发中,要不断加以调试。最后将下位机调试成功而生成的.bin文件固化到AT89S51的Flash单元中。

人机界面编程

打开VC++6.0,建立一个基于对话框的MFC应用程序,串口通信采用MSComm控件来实现。其他操作此处不赘述,编程实现一个良好的人机界面。数字直流电压表的操作界面如图5所示。运行VC++6.0编程实现的Windows程序,整个样机功能得以实现。

功能结果

数字电压表篇4

【关键词】电压；无源；LCD；单片机；程序；软件流程；电动车维修仪

近年来，我国电动车行业维持高速发展，但是电动车维修仪器甚少，适用维修仪器的电压表头市场也很少见。现有测试仪器中的电压表头以ICL7106，ICL7107 ICL7135等芯片为主，这些芯片的特点是要用叠层电池供电，若采用被测试的同一电源时易产生相互干扰现象，在电动车专业维修仪中很难推广应用，如在手持式充电器检测仪、控制器检测仪、单电瓶放电检测仪等设计中就很难将仪表做的得心应手。采用单片机控制测量使得仪器仪表数字化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大，另外随单片机性能的改进，应用的领域越来越多，特别是松翰单片机采用RISC结构，采用被测试的同一电源时不会出现相互干扰现象。此仪表也正是在这种情况下进行开发设计的。

1 电压检测原理及仪器概述

无源电压表头采用LCD显示，便于小型化设计，在显示面上有V、A字样显示，表示测试值是电压还是电流；有一位小数和两位小数点位置切换，可以测试不同范围的电压值，最大测试电压范围O～199.9V（分压后输入单片机口），电路主要由输入通道、降压电阻、滤波电路、输入保护电路、电压基准电路组成，在毫秒级时间范围内不断地采样，输入到单片机模拟输入口，在单片机内与基准电压比较，产生的数据在程序中进行一系列处理，将处理后的数据送到LCD中显示。4位液晶显示器可带有V/A字样，以表示测量的值是电压还是电流，如图一所示。

2 硬件组成及单片机的选择：

松翰单片机应用RISC混合信号处理器，不仅具有低功耗的性能，而且可以方便的连接至模拟信号、传感器和数字组件，这使得其具有其他单片机无可比拟的优点。因此单片机选用了Sn8p2711A。

单片机的电路如图二所示，相关说明如下：取被测试的输入电源极微弱的一部分供单片机使用，本身被测试的输入电压大于5V，也可以输入大于5V的辅助电压供给电路，以便保证测试精度。经分压后的电压信号范围：O～2000mY。电压采集信号通过R9输入到单片机的10脚，最高输入不超过2，000V，C3、C4、R7是输入电压滤波，C1、C2、C5、C6是基准电压滤波，R1是DWl稳压管的限流电阻，R2、PRl、R8组成了基准电压的分压电路，RPl微调输入基准电压，输入显示值与标准电压表对比有误差时，可以调节RP1中心触点的位置；WR、SDA、CS是单片机与液晶显示驱动FL602F之间的通讯脚，6脚是一位小数或二位小数切换的输入电平，7脚是字符A、V之间的电平切换。绑定芯片FL602F的39至48脚是接LCD（真值表略），R3调节LCD的亮度。

3 单片机程序流程：

单片机的软件设计采用模块化的设计思路。程序流程图如图三五所示。单片机初始化完成后，进入主程序循环，LCD刷新子程序和模拟输入子程序的流程较简略，在此不再赘述。

注意：模拟采样数据放在ADB、ADR两寄存器中，要处理变换成11位的数据。

滤波采样数N取得大的话，LCD数字刷新会变慢，N值太小最后一位数字会闪动平凡。

数字电压表篇5

我单位目前使用的DMHS―M航空电报及信息处理系统，通过6部异步智能单元与48路双流环电报终端用户相连。转报线路没有电流、电压监视功能，不能及时、直观监视用户终端和转报机异步单元端口工作状态；并且在测量线路质量和为线路做环时，非常的不方便，不但需多人配合，而且稳定性很差。我们准备开发一套转报终端线路测试器，解决上述问题。

【关键词】转报终端 测试器 研发

1 研究方法

转报终端线路测试器主要由200mV数字电压表头；负电压产生电路；比例读数电路；LED 数码管驱动显示电路；200V数字电压表产生电路；200mA数字电流表产生电路；双向环回电路；外部接口电路八个主要部分构成，通过逐一设计电路，分别实现各个功能，最后将其整合在一起完成所需所有技术指标。

转报终端线路测试器的设计目的是给人以直观的数字化显示，所以最为基础的部分是将转报线路中的模拟信号转换为数字信号的精度高低问题。且转报终端线路测试器对稳定性、精确度及抗干扰能力要求比较高。由于ICL7107集成电路，包含3 1/2位双积分型A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。所以我们选择ICL7107作为转报终端线路测试器的核心部分。

2 开发研制

2.1 200mV数字电压表头电路及制作要点

200mV数字电压表头被广泛应用在许多测量场合，它是进行模拟-数字转换的最基本，最简单而又最低价位的一个方法，是作为数字化测量的一种最基本的技能。

（1）管脚的辨认：芯片正面朝上，芯片的左下方为第1脚。然后按照逆时针方向，依次为2至40管脚。

（2）关键节点的电压：芯片第1脚是供电脚，理论电压为 DC5V 。第26脚是负电源管脚，理论数值是负的，-3V至-5V范围内都是正常的；第36脚是基准电压管脚，理论电压是 100mV；第31管脚是信号输入管脚，可以输入 ±199.9mV的电压。开始时，可以将它接地，作为“0”信号输入，用于测试。

（3）芯片的第27、28、29 管脚的电容组成积分网络，它们的数值是0.22uF、47K、0.47uF，不能使用磁片电容。第33和34脚接的104电容也不能使用磁片电容。

（4）接地管脚：芯片的第21脚是电源地，32脚是模拟地，30 脚是信号地，35是脚基准地，通常情况下，这4个管脚都接地。

（5）在上面的所有连接和电压数值都是正常的情况下，可以利用测试电路调出0-200mV的电压，把它们依次输入到 芯片的第31脚，数码管应该分别显示出相应数值，允许有2-3个字的误差。

（6）以上测试全部成功，则200mV数字电压表头制作完成。

2.2 负电压产生电路

负电压可以直接利用电路外部来提供，但这使得供电需要正负两种电源，通常采用简单方法，利用一个 +5V 供电就可以解决问题。比较常用的方法是利用六反相器CD4069来实现-5V电压，得到的负电压供给 ICL7107 的 26 脚使用。

2.3 LED 数码管驱动显示电路

ICL7107 是驱动 LED 数码管作为显示，并且要求此数码管为共阳极。数码管与ICL7107的接法按照七段译码的方式连接即可。由于电源提供的电压为5V，数码管的工作电压为3V左右，所以为了避免数码管烧坏，在数码管的共阳端与电源正极直接串联200Ω的电阻。

2.4 200V数字电压的表的制作

200V数字电压的表（如图1）是通过选择合适的电阻进行分压后接200mV数字电压的表头实现的。如果外接电压100V，经过如图分压后，200mV数字电压的表头得到的电压为：100*1/（1+1000）=0.0999V，即99.9mV，误差为（100-99.9）/100=0.1%，满足日常工作所需精度。

2.5 200mA数字电流表的制作

200mA数字电流表（如图2）是通过选择合适的电阻进行分流后接200mV数字电压的表头实现的。如果所测电流为10mA，则1Ω两端的电压就为10mV，这样200mV数字电压的表显示的数值也就为10。

2.6 整合成型

通过接口电路，连接上述电路，并增加双向环回电路及外部接口，完成电路设计工作，最后再制作测试器表壳，安装电源，实际测试，实现预期所有功能，完成项目研发。

3 功能测试

转报终端线路测试器利用现有的转报线路配线系统，采集每路异步单元端口提供的发线电压、收发电流、用户终端发线电压和收发电流值，用电压、电流表直观显示转报机异步单元端口和用户终端的工作状态；并通过电子开关实现转报线路在线断开、环路功能，方便测试转报线路的工作状态。

数字电压表篇6

关键词：雷击 感应雷 尖峰冲击电流 数字传感器仪表

中图分类号：TH715.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)07-0065-01

1、数字传感器广泛应用，称重仪表接口电路的雷击防护越来越重要

数字传感器具有可靠性高、防作弊、抗干扰能力强和信号传输距离长等优点，受到越来越多的用户欢迎。由于大多数多传感器称重设备都安装在室外，特别是数字式汽车衡和轨道衡等大型衡器，其数字式传感器金属外壳很容易引来雷电袭击。雷击过电压产生的尖峰脉冲侵入传感器与仪表之间的连线，使得连线上的电压幅值远高于仪表的工作电压值而导致仪表烧坏，从而使得称重系统无法正常工作，给企业造成巨大的经济损失。可见，对数字传感器仪表接口电路的雷击防护越来越显得重要。

2、数字传感器仪表雷击防护的基本方法和技术措施

2.1 数字传感器仪表感应雷击的特点

雷电是大气中自然放电现象，雷电的破坏作用主要由以下几种方面引起：直击雷：直击雷是雷电直接击在建筑物上。球形雷：球形雷主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，一般发生的较少，只有在一些特殊的地理环境或者特殊的基站位置上才会有球形雷的发生。雷电感应：感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用，使建筑物上的金属物件，如管道、电线等感应出与雷雨云电荷相反的电荷，造成放电所引起。

2.2 数字传感器仪表雷击防护的措施

根据经验，雷击发生器的一端接于数字传感器外壳，传感器和仪表外壳通过屏蔽电缆可靠连接，仪表外壳再通过电缆串联采样电阻后接至发生器的另一端。对于某一过压或过流冲击脉冲，经过一级保护以后，仍会有残余电压流至后继电路。若后继电路不能承受残余电压的冲击，同样会损坏核心电路，因此对仪表接口电路采取多级防护措施。

信号线上的保护为：第一级保护：气体放电管。由于被保护电路能承受的最高电压为80V，故选择的气体放电管的直流起弧电压为90±20%，浪涌起弧电压小于500V（1kV/us）；第二级保护：压敏电阻+限流电阻。由于被保护电路正常工作时电压为5V左右，压敏电阻的标称电压应大于5×1.5=7.5V，反应速度小于0.5ns。

当电压上升速率为1kV/us的浪涌波入侵时，由于气体放电管到达500V的起弧电压需0.5us，因此压敏电阻将先起动。

2.3 保护器件使用的注意事项

下面是保护器件在使用中建议的注意事项：

(1)器件的击穿电压。击穿电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如果击穿电压高于被保护电路能承受的最大电压，则起不到过电压保护作用；如果击穿电压过低，则保护器件容易误动作或被击穿，从而影响电路的正常工作。

(2)器件的动作时间。器件的响应时间应快于线路响应时间，抢先一步将过电压限制在安全范围内。

(3)器件可通过的峰值电流应满足设计要求保护器件应该对后继电路安全可靠并具有良好的可恢复性。如果选用的器件不能承受实际过大的峰值电流，就会导致该器件的损坏，使被保护电路不得不进入维修期。

(4)器件引线对干扰抑制的影响。器件的引线过长，因其的感抗作用，会对器件限压有很大影响。如气体放电管，在其导电瞬间有很大的电流通过，引线越长，引线电感产生的附加感应电压（U=Ldi/d）t就越大，因此在瞬态电流通过时，在引线上会产生瞬间高压，对被保护设备不利。

3、数字传感器仪表防雷测试要求和方法

在数字式仪表设计之前，对与本产品相关的测试标准进行了研究分析，以指导产品设计和测试，从而使产品具备更好的防雷性能。

3.1 IEEEStd4-1995：高电压测试技术标准

IEEEStd4-1995标准规定了对试验程序和被试品的一般要求，试验电压和电流的产生，试验方法、试验结果的处理方法，试验是否合格的判据和人工污秽试验的要求。在9.1.8“标准脉冲电流”章节中列出了常用的脉冲电流波形，其中包括8/20us短路电流波形。

结论：由于这个标准适用于额定电压在1000V以上的设备，因此本仪表不属于此类设备，但在测试过程中使用的设备和方法按这个标准执行。使用标准中规定的8/20us短路电流波形进行测试。

3.2 IEC62305-1：雷电保护———第1部分：总则

IEC62305-1标准规定了雷电保护的基本原则、选择雷电防护措施的方法及雷电防护等级（LPL）。

结论：IEC62305-1标准中的一些脉冲波形和峰值电流不适用于本仪表测试，但感应雷：8/20us波形，≤5kVApk适用于本表。

3.3 IEC61000-4-5：电磁兼容———试验与测

量技术-第五部分：浪涌抗扰度试验

本标准规定了设备对由开关和雷电瞬变过电压引起的单极性浪涌冲击的抗扰度要求、试验方法和推荐的试验等级范围，规定了几个与试验环境和安装状态有关的试验等级。

结论：数字传感器仪表采用本标准中的连接方式测试。本仪表的安装类别属于4类，此类别对应的试验等级为8/20us波形，≤4kVpk。

3.4 最终结论

按标准提供的要求和测试方法对仪表进行测试。同时参考三个标准中适用于本仪表的条例。

参考文献

[1]IEEE Std4-1995,高电压测试技术标准[S].

数字电压表篇7

（一）常用元器件的识别一、电阻电阻在电路中用“R”加数字表示，如：R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为分流、限流、分压、偏置等。参数识别：电阻的单位为欧姆（Ω），倍率单位有：千欧（KΩ），兆欧（MΩ）等。换算方法是：1兆欧=1000千欧=1000000欧电阻的参数标注方法有3种，即直标法、色标法和数标法。a、数标法主要用于贴片等小体积的电路，如：472 表示 47×100Ω（即4.7K）； 104则表示100Kb、色环标注法使用最多，现举例四色环电阻 五色环电阻（精密电阻） 2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示颜色 有效数字 倍率 允许偏差（%） 银色 / x0.01 ±10 金色 /x0.1 ±5 黑色 00/ 棕色 1 x10 ±1 红色 2 x100 ±2 橙色 3 x1000 / 黄色 4 x10000 / 绿色 5x100000 ±0.5 蓝色 6 x1000000 ±0.2 紫色 7 x10000000 ±0.1 灰色 8 x100000000 / 白色 9 x1000000000 / 二、电容电容在电路中一般用“C”加数字表示（如C13表示编号为13的电容）。电容是由两片金属膜紧靠，中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小，电容对交流信号的阻碍作用称为容抗，它与交流信号的频率和电容量有关。容抗XC=1/2πf c (f表示交流信号的频率，C表示电容容量)电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容等。2、识别方法：电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同，分直标法、色标法和数标法3种。电容的基本单位用法拉（F）表示，其它单位还有：毫法（mF）、微法（uF）、纳法（nF）、皮法（pF）。其中：1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法容量大的电容其容量值在电容上直接标明，如10 uF/16V容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示字母表示法：1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF 数字表示法：一般用三位数字表示容量大小，前两位表示有效数字，第三位数字是倍率。如：102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF3、电容容量误差表符 号 F G J K L M允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%.如：一瓷片电容为104J表示容量为0. 1 uF、误差为±5%。三、晶体二极管晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如： D5表示编号为5的二极管。 作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。2、识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。3、测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。4、常用的1N4000系列二极管耐压比较型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007耐压（V） 50 100 200 400 600 800 1000电流（A） 均为1四、稳压二极管稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。1、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。2、故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。常用稳压二极管的型号及稳压值如下表型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 稳压值 3.3V3.6V 3.9V 4.7V 5.1V5.6V6.2V15V 27V 30V75V 五、电感电感在电路中常用“L”加数字表示，如：L6表示编号为6的电感。电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。直流可通过线圈，直流电阻就是导线本身的电阻，压降很小；当交流信号通过线圈时，线圈两端将会产生自感电动势，自感电动势的方向与外加电压的方向相反，阻碍交流的通过，所以电感的特性是通直流阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡电路。电感一般有直标法和色标法，色标法与电阻类似。如：棕、黑、金、金表示1uH（误差5%）的电感。 电感的基本单位为：亨（H） 换算单位有：1H=103mH=106uH。 六、变容二极管变容二极管是根据普通二极管内部 “PN结” 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。变容二极管发生故障，主要表现为漏电或性能变差：（1）发生漏电现象时，高频调制电路将不工作或调制性能变差。（2）变容性能变差时，高频调制电路的工作不稳定，使调制后的高频信号发送到对方被对方接收后产生失真。出现上述情况之一时，就应该更换同型号的变容二极管。七、晶体三极管晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17表示编号为17的三极管。特点：晶体三极管（简称三极管）是内部含有2个PN结，并且具有放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。电话机中常用的PNP型三极管有：A92、9015等型号；NPN型三极管有：A42、9014、9018、9013、9012等型号。

数字电压表篇8

关键词：数据块相容数据块合并合并块压缩/解压

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）004-074-03

1引言

随着当今工艺技术的不断发展, 一个芯片上能够集成的 IP核越来越多, 功能越来越复杂, 从而使得测试芯片所需要的测试数据量也随着集成电路复杂度的提高而急剧增大。有资料表明, 到2014年, 片上系统（Systems-on-Chip,SoC）的测试数据量将是 1999年的 150倍大量的测试数据不仅增大了测试时间，而且给自动测试设备（Automatic Test Equipment,ATE）的存储容量、测试通道、速度等带来了严峻的挑战。

一种有效减少测试数据量的方法是采用测试数据压缩技术,测试数据压缩技术是采用位数较少的数据来代替原来的测试数据，将这些较少的测试数据存储在ATE的存储单元中，然后将它们传输给被测电路中的解码器，从而还原成原来的测试数据进行测试，其具体原理如图1所示。测试数据压缩方法不仅减少了ATE的存储要求，也减少了测试时间等。测试数据压缩方法主要可分成以下三类：(1)基于编码的压缩方法；(2)基于线性解压的方案；(3)基于广播扫描的方案。

基于编码的压缩方法是对预先计算好的测试数据进行编码压缩, 然后由芯片内置的解码电路将编码还原成原始测试向量并施加到待测电路上。按照分块与编码位数的不同，又可分为定长-定长编码方案，如字典编码、定长-变长编码方案，如Selective Huffman编码、9C码、变长-定长编码方案,如参考文献[5]、变长-变长编码方案，如RL-Huffman编码、Golomb编码、FDR、VIHC。

本文提出了一种基于数据块合并的测试数据压缩方法，将一连串的相容数据块用一个合并块及其重复次数表示，然后分别对合并块和重复次数进行编码。解压时，先解压合并块和重复次数的编码字，然后利用重复次数来控制合并块的重复利用。这种压缩方法在压缩测试数据时不需要考虑被测电路的内部信息，因此非常适用于SoC中的IP核测试。

2数据块合并

2.1数据块合并

数据块合并技术是一种分块编码，将一个测试集划分成若干个长度为B的数据块，然后按照数据流的方向，检查每个数据块与其后面一个数据块是否相容，若相容，则将它们合并到一个合并块中，并对相应的无关位进行填充，例如，相邻两数据块x0xx和1xxx相容，那么将他们合并成一个合并块10xx。该技术不断的将连续的相容块合并到一个合并块中，直到下一数据块与当前合并块不相容为止，并用NC来记录当前合并块中合并的相容数据块个数。通过数据块合并之后，将一连串的相容数据块用一个合并块及其重复次数表示，为了进一步提高测试数据压缩率，本文分别对合并块及其重复次数进行编码压缩。

对于数据流中NC的各种取值情况（假如有N种），本文采用选择huffman编码与字典编码相结合的编码方法对其进行压缩，与合并块编码相似，也是通过统计各种NC出现的次数来构建一棵Selective Huffman树。并且也只针对发生频率最高的前X个NC值构建一个选择huffman树，与合并块编码不同的是，对于剩下来的其余NC取值，本文采用字典编码方法进行编码。在编码时，用一位标记位来表示当前NC值是采用Huffman编码字表示还是采用字典编码字表示，当标记位为0时，表示用Huffman编码字表示，当标记位为1时，表示用字典编码字表示。值得注意的是，在字典编码时，为了提高压缩率，不再采用长度为的编码字来表示，而是采用X位的编码字来表示，这是因为部分NC的值参加Huffman编码，使得。另外，为了不影响压缩效果， X与NC之间必须满足不等式关系。

为了说明本方法的有效性，在测试集中截取一段数据进行举例说明，如图2所示。经过数据块合并之后，其合并块及其重复次数NC如表1所示。然后分别对合并块及其重复次数NC进行编码，其中表2显示了合并块与其编码字之间的对应关系本实例中N=3，所以通过上面不等式得到X>=1，重复次数NC与其编码字的对应关系。最终，共33位，压缩率高达67%。

3解压结构

本方案的解压结构如图4所示，主要由控制器、数据块解码器和CN解码器组成。数据块解码器由一个Huffman解压器和一个寄存器组成，其中Huffman解压器用来对读入的数据块编码字进行解压，而用一个长度为B的寄存器来存储当前的数据块，以便于通过控制信号final来控制数据块的重复。CN解码器由Huffman解压器、字典和计数器counter组成，这里的Huffman解压器和字典是用来对CN编码字进行解压的，而将解压后的结果CN存放在计数器counter中，每当复用一次当前数据块，counter中的值CN就减一，当CN为0时，信号final有效，通知数据块解码器复用结束。控制器主要用来控制从data_in输入进来的编码字是发送到数据块解码器中解压还是发送到CN解码器中解压。

4实验部分

为了证实本方案的有效性，本文采用与Golomb、FDR等中相同的实验电路。这些实验电路是ISCAS-89标准电路中的几个大电路，其测试集由Mintest ATPG测试生成工具生成的。

出于对实验结果公平性比较的考虑，本文选择了与Selective Huffman编码和block mergin等传统的基于数据块编码的压缩方法进行比较，如表4所示。由表可知，本文方法的最大数据压缩率能达到89.54%，对于ISCAS-89标准电路而言，其平均压缩率为69.63%，相比Selective Huffman编码和block merging技术而言，压缩率分别提高了7.06%和5.16%，所以与其他压缩技术相比，本文方法在数据压缩率方面占到很好的优势。

5总结

由于测试集中存在着大量的无关位，从而使得一些连续的数据块之间出现相容的情况，针对这一情况，本文提出了一种基于数据块合并的测试数据压缩方法，将一连串的相容数据块用一个合并块及其重复次数表示，然后分别对合并块和重复次数进行编码。解压时，先解压合并块和重复次数的编码字，然后利用重复次数来控制合并块的重复利用。这种压缩方法在压缩测试数据时不需要考虑被测电路的内部信息，因此非常适用于SoC中的IP核测试。实验结果表明，相对于

参考文献：

[1]A. Khoche,J. Rivoir.I/O bandwidth bottleneck for test: is it real[C]. Proceedings of Test Resource Partitioning Workshop,2002.

[2]Lei Li,Krishnendu Chakrabarty.Test Data Compression Using Dictionaries with Fixed-Length Indices[C].Proceedings of 21st VLSI Test Symposium,2003:219-224.

[3]A. Jas, J. Ghosh-Dastidar, M.-E. Ng, N.A. Touba.An Efficient Test Vector Compression Scheme Using Selective Huffman Coding[J].IEEE puter-Aided Design,2003,(22):797-806.

[4]Tehranipour M, Nourani M, Chakrabarty K.Nine-coded compression technique for testing embedded cores in SoCs[J].IEEE Trans. Very Large Scale Integr.(VLSI) Syst.,2005,13(6):719-731.

[5]A. Jas ,N.A. Touba.Test vector decompression via cyclical scan chains and its application to testing core-based designs[C].Proceedings of Int. Test Conf.,1998:458-464.

[6]Nourani M, Tehranipour M.RL-Huffman encoding for test compression and power reduction in scan application[J].ACM Trans. Des. Autom. Electron. Syst.,2005,10(1):91-115.

数字电压表篇9

关键词：信息电子领域 模拟电子技术 数字电子技术 比较分析

中图分类号：TN710；TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0251-01

1 电路信号形式比较

模拟电路有着造价成本低、技术成熟等优势，但需要注意的是，其技术原理相对简单，在应用的过程中，其信号的传递很容易受到噪声影响，这是制约模拟电子技术进一步发展和应用的缺陷，使得模拟电子技术的应用范围局限于低端应用。

大多电路对信号传播精度要求较高，为了满足这种传输精度要求，充分发挥数字电子技术应用功能，其一般选择的高端电子电路，但也正因为如此，相较于模拟电路来说，数字电路的造价成本更高，在高端设备中应用广泛。

2 模拟电路与数字电路的精确度比较

相较于模拟电路来说，数字电路的精确度大大提升，这是模拟电子技术与数字电子技术最本质的区别之一。举例来说，假设用模拟电路来实现简单的数学计算器，设计电路如图1所示。

在图1所示的电路中，电阻R1和R2相等，给A点计入3V电压，给B点计入5V电压，则图1中C点电压为（5+3）/2=4V，完成电路的求平均值操作，如果用1V来表示1，计算出平均值为1，如果用1mV表示1，则计算出的平均值为4000。利用电阻电容及晶体管等元器件特性能够设计出许多类似模拟电路，从而可以完成四则运算、开方、平方等众多复杂运算。但需要注意的是，在实际应用模拟电路的过程中，电路工作并非处于理想环境下，很多误差不能避免，例如在图1所示的电路中不能保证R1与R2的完全一致，导线也存在电阻，因此通过模拟电路计算出的结果很可能与实际值出现偏离，导致误差出现，如果模拟电路十分复杂，则这种误差会逐渐积累，越来越大。

从本质上来讲，数字电路是相对于模拟电路来说的，其本身就是一种特殊的模拟电路，数字电路采用二进制数来运算，能够代表电子器件两种确定的状态，例如开关状态、亮灭状态等。以数字电路中常见的二进制数字表示方式TTL电平为例，规定+5V电压为高电平，代表数字“1”，规定0V电压为低电平，代表数字“0”，而在实际应用中，这种表示并非绝对精确，>2.4V的电压都视为高电平，用数字“1”表示，

3 模拟电路与数字电路的区分

模拟电路与数字电路区分示例如图2所示。对于模拟电路来说，其放大器图形为三角形，采用正、负双电源供电的方式，电源电压在5V以上，通过反馈电阻来连接输入与输出；对于数字电路来说，其采用单电源供电方式，电源电压一般为3.3V或5V，逻辑图形为长方形，不同的逻辑门有着相对应的标准图标，识别容易。此外，对于分立元件来说，可以通过偏置电路来进行识别，数字电路没有设置偏置电路。模拟电路中偏置电路公式为：

临界基极偏置电阻Rb（cr）=β（Rc+R’L）

临界集电极-发射极偏置电压Uce（cr）=Ucc/（2+Rc/RL）

输出电压摆幅Uommax=Ucc/（2+Rc/RL）

4 结语

综上所述，两相比较而言，模拟电子技术和数字电子技术各有优势，前者电路简单，使用方便，造价较低，在低端设备中应用效果良好；后者电路高端，造价较高，性能优良，在高端设备中应用效果良好。因此，在实际应用的过程中，需要结合二者优势分析，考虑自身实际情况和具体要求，合理的进行选择。在未来的发展中，作为信息电子技术领域两个重要的发展方向，模拟电子技术和数字电子技术都有着广阔的发展前景，二者都需要进行积极创新，弥补自身劣势，拓展应用领域，提升应用效果。

参考文献

[1]张婷婷.数字电子技术的实际应用探讨[J].产业与科技论坛，2014，20：52-53.

数字电压表篇10

数字电路中，数字电平从低电平变为高电平的一瞬间叫作上升沿。 数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示。逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。在门电路中，把大于三点五伏的电压规定为逻辑高电平，用数字1表示，把电压小于零点三伏的电压规定为逻辑低电平，用数字0表示。数字电平从低电平变为高电平的那一瞬间叫作上升沿。

（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）