时间：2023-12-06 21:26:21
电压表有示数表明有电流通过电压表。
电流表无示数说明没有或几乎没有电流流过电流表，则故障原因可能是以下几种情况：
1、 电流表短路；
2、 和电压表并联的用电器开路，此时电流表所在电路中串联了大电阻使电流太小，电流表无明显示数。
（来源：文章屋网 ）
1.“十分法”
最小分度为“1”的电表，误差出现在最小刻度下一位，读数时要估读到最小刻度下一位，下一位按1/10估读.
例如，量程为3 A的电流表和量程为3 V的电压表，其最小分度为0.1 A和0.1 V，用目测将这一小格分成十等份，每一等份为0.01 A，0.01 V.如果占这一小格的1/10，估读为0.01；如果占这一小格的2/10，估读为0.02；……；如果占这一小格的9/10，估读为0.09.若分别以安培、伏特为单位，小数点后有两位数.
如图1所示，电流表量程为3 A，指针恰好在刻度上，读数为1.20 A.
如图2所示，若电流表所选量程为3A，指针在两刻度之间，占3/10，估读为0.03，则读数为0.83A.
如图3所示，电压表量程为3 V，指针恰好在刻度上，读数为0.90 V.
如图4所示，若电流表所选量程为3 V，指针在两刻度之间，占8/10，估读为0.08，读数为1.88 V.
2.“二分法”
最小刻度为“2”的电表，误差出现在最小刻度本位，读数时只在本位上按1/2估读.
例如，量程为0.6 A的电流表，其最小分度为0.02 A，用目测将这一小格分成两等份，每一等份为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.即指针在中间附近估读为0.01，其他情况靠近哪条刻度就按那哪条刻度的数值读出.若以安培为单位，小数点后有两位.
如图5所示，电流表量程为0.6 A，指针恰好在刻度上，读数为0.52 A.
如图6所示，若电流表所选量程为0.6 A，指针在两刻度之间，不到半格，靠近前一刻度，读数为0.16 A.
3.“五分法”
最小刻度为“5”的电表，误差出现在最小刻度本位，读数时只在本位上按1/5估读.
例如，量程为15 V的电压表，其最小分度为0.5 V，用目测将这一小格分成五等份，每一等份为0.1 V.如果占这一小格的1/5，估读为0.1；如果占这一小格的2/5，估读为0.2；……；如果占这一小格的4/5，估读为0.4.若以伏特为单位，小数点后有一位.
如图7所示，电压表量程为15 V，指针恰好在刻度上，读数为9.0 V.
1、电压表的工作原理就是电流的磁效应。
2、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，线圈通电后在磁铁的作用下会发生偏转，这就是电流表、电压表的表头部分。
（来源：文章屋网 ）
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
根据上面所述工作原理及实施方案,在实践中很好地实现了整个样机的功能,各项指标达到了预先的设计要求。电路工作稳定,每次测量均伴有LED发光指示,可视化界面显示也正常。
关键词：光电式电流互感器；高压电能表；应用
随着电网中非线性负荷的增加，产生的谐波现象日益加剧，常规的电能表已无法满足计量谐波电能的需求。目前常规电能表一般采用传统电磁式电流互感器进行电流信号转换，而传统电磁式电流互感器带铁芯、测量范围小、易饱和，且易受电磁干扰。光电式电流互感器作为一种新型的电流互感器，涉及光电、光纤传感技术和非线性光学信号等技术，具有传统互感器所不具备的优势。
文章提出将光电式电流互感器应用于高压电能表，介绍了高压电能计量、光电式电流互感器研究现状，并在此基础上，提出光电式新型高压电能表在实际运行中的应用。
1 高压电能计量现状
目前，高供电能计量装置使用较多的是结合高压电压互感器、高压电流互感器、二次回路和电能表相连接的装置。这种计量方式存在一定的弊端：（1）故障隐患多，测量一个计量点需要多台互感器，尤其是电压互感器，受系统中多个因素（如电磁谐振、过电压操作等等）影响，易出现熔断器被熔断甚至爆炸的现象；（2）耗能过高；（3）装置体积过大，多台互感器之间要求一定安全距离，同时还要求外部接地，占地面积较大，安装费用多；（4）无法直接读取电量，需根据互感器的倍率计算，不利于管理；（5）综合误差很大，计量装置各组成部分都有系统误差，安装过程中还会造成人为误差；（6）无法防止窃电，回路部分线路在外面，易发生窃电现象。
2 光电式电流互感器
光电式电流互感器是一种集光纤传感技术、光电技术、非线性光学及信号处理等多个学科的理论和应用于一体的新型互感器。利用光纤将一次侧的电流信号传输到二次侧的数据处理系统。
光电式电流互感器（OCT）涉及多个学科，包括光纤传感和光电技术、非线性光学信号处理等理论。我国对该项技术的研究起步较晚，于80年代开始进行理论研究，90年代后与国外电力公司协同合作，正式挂网试行，目前我国OCT距离发达国家的仍有差距。
OCT可以分为有源型和无源型两种。有源型OCT又叫做电子式光纤电流互感器，高压侧采用电子器件制成传感头，利用光纤技术将高压侧光信号传递到低压侧。按信号调制方式和传感头处采样方式又可分为调幅电子式OCT、压频转换采样式OCT、ADC式OCT三种。有源型OCT结构简单、造价成本低、精度高、设备安装检修和维护简便，运行时也非常安全，稳定性好，适用于自动化的高压电能计量。无源型OCT是不需要供电电源的测量装置，采用法拉第磁光效应原理，它的缺点是精度、稳定性易受温度、震动的影响。结合有源OCT和无源OCT特性，高压电能表宜采用有源光电式电流互感器。
3 光电式新型高压电能表的应用
3.1 光电式新型高压电能表的系统设计和工作原理
光电式新型高压电能表包括三个组成部分，高压侧组成部分、光纤传输部分、低压侧组成部分，光电式互感器位于高压侧部分。
光电式新型的高压电能表采用了光电式互感器代替传统的电磁式互感器，利用较弱的输出电流进行高压电能计量。高压电流传感器的取样回路与高压侧电流的微电流信号成正比，而高压电压传感器的取样回路与高压侧电压的微电压信号成正比，采集到微电压和微电流信号后，经处理传送到电能计量的单元，瞬间乘法器将电压和电流相乘输出一个直流电压，这个电压与采集时间段内的平均功率成正比，经变频器变换为相对应的脉冲序列，再进行分频后显示出实时的电量。计量装置的工作电源采用电容取流电路提供的电源，设计时计量单元与传感器结合在一起，改变了传统方式，按模块要求将传感器输出的信号输入到系统中直接得到可用的弱信号，不用进行标准电压的二次转换。在高压侧即可完成计量，通过光纤将数据传送到低压侧，利用传感器将高压侧的电流电压信号转变成弱信号传送到低压侧，保留了传统的读取数据形式。
3.2 光电式新型高压电能表的优点
3.2.1 安全性能高
与传统的电磁式互感器比较起来，光电式互感器将高压侧和低压侧完全分离开来，采用光作为能量来源，因此高低压被完全地分离开，从而安全等级提高，电能表的安全性能也有所加强。
3.2.2 抗干扰能力强
传统的电磁式互感器的绝缘难度很大，应用到高压电力系统中时要求更高，需要增加很多辅助设备，导致总体体积增加、重量加重、花费增多，一旦出现问题，还要投入更多的资金维护。光电式的新型电能表由于采用光信号进行信息传输，可以简化互感器中的绝缘结构，摒弃传统的电能表中比较复杂的结构，具备了更好的绝缘性能，性价比也有所增加，提升了自身抗干扰能力，从而测量的数据更加精确。
3.2.3 无磁饱和、谐振问题
传统的铁磁式互感器在使用中会出现铁芯饱和现象，这时励磁电流便会超过规定的额定电流，从而产生大量的热量，严重时甚至会烧断线路，从而影响电压表的正常工作。光电式的互感器中不存在铁芯，故不会出现磁饱和或是铁磁谐振现象，测量范围也更大，同时减小了故障发生率。
3.2.4 无噪音、污染小
因单个互感器的测量范围有限，传统的高压电能表为保证测量范围和精度，需要多个电磁式互感器进行工作，设备增加后不仅花费更多资金，同时多项设备共同运行也会产生更多的噪音和污染。而光电式新型高压电能表在工作时噪音更小，光电式的信号传输要比传统模式便捷，不需要多个互感器，减少了金属使用，也减少了污染。
3.2.5 体积小、重量轻
新型的光电式高压电能表由于采用了光电式互感器会大大减小其自身体积，光纤等材料的应用更是能减轻电能表的重量，从而节省了运输费用。若是实际应用中出现了故障或是其他问题，维护更方便。
3.2.6 适应智能化需要
目前，国内外的电力系统总体设计都在向着数字化、信息化、智能化和网络化发展。作为电力系统中用于计量电能的装置，电能表需朝智能化发展。传统的电磁式互感器应用的电能表已无法适应智能化要求，光电式的新型电能表应运而生，将之发展成数字化信息化的新型高端电气设备。
4 结束语
光电式电能表的应用解决了传统电能表中计量精度低、安全性差、体积过大、质量过重、抗干扰能力差等诸多问题，同时还能进一步将高压电能表引入智能信息化的领域。但是我国的光电式新型高压电能表还没能根据各地区的不同标准进行普及，还需要进一步的继续研发，争取实现全国范围内的高压电能表光电化。
参考文献
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[2]王月志.光电式电流互感器的研究[J].计量与测试技术，2012（06）.
[3]邸荣光，刘仕兵.光电式电流互感器技术的研究现状与发展[J].电力自动化设备，2006（08）.
关键词 电能计量；整体标准；在线校验
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)122-0178-02
1 通过高精度互感器对电能计量系统进行校验的三种方法
1.1 人工增加测试点方法
1）需要对实际负荷的峰谷状态进行记录，再根据计量点运行工况确定测试点。在测试比差、角差前测试互感器的实际二次负载。2）用负载箱模拟实际负载进行上述一次负载点的比差、角差测试。电能表校验与二次压降测量同时进行，并实时记录电压、电流和功率因数等运行参数。3）用公式推出综合误差。人工增加测试点的问题是测试工作量较大。人为因素会影响测试结果。
1.2 “低压在线监测”方法
该系统监测的对象包含了电能表、电压互感器及其二次回路、电流互感器及其二次回路，然后经过无线通信方式实现远程控制和数据传输。该系统对电能表误差的测试方法采取常用的标准表比较法，对电压互感器二次回路压降的校验方法是测试互感器二次回路始端和末端的电压差值，对电压互感器二次实际负荷的在线测试方法是通过在电压二次回路中串联一只灵敏度较高的穿心式电流互感器来测量二次电流，再从监测电路中取得电压来监测。对电流互感器二次实际负荷的在线测试方法也与电压互感器类似。
“低压在线监测”方法存在的问题：1）接线复杂，需要分别对计量装置的各环节放置监测装置。2）监测装置工作在变压器低压侧，无法监测电压互感器和电流互感器的误差变化。如果要测量互感器的误差。只有当系统停电时，携带互感器检测设备到现场。而互感器检测设备由非常沉重的升压器、升流器和标准器等组成，携带不方便，且需要与各有关方面协调停电时间。另外，停电测量时仍然无法准确获得互感器真实运行状态下的测量误差。
1.3 高精度互感器校验方法
采用的方法是通过高精度的互感器来对电能计量装置进行校验。其电流互感器采用两个双级电流互感器串联方式，由于双级电流互感器的精度可达0.001级，因此，其电流采样的误差很小。而其电压采样是基于电流比较仪的电容分压器，精度也可达0.005级，加上其他转换电路及信号处理电路误差，其测量电能的综合误差可控制在0.03%以内。因此，该方法可对所有传统高压电能计量装置进行在线校验。此方法的问题是成本过高，需要采用激光为高压侧电子线路供电，不利于在配电网中
推广。
2 电能计量“整体标准”研究
2.1 电能计量“整体标准”的概念
传统的计量检定标准设备里，没有一个“整体标准”作为电能计量装置的比对标准。高压电能表的出现使研制电能计量装置“整体标准”成为可能。高压电能表是紧凑型、高低压一体化的电能计量装置，通过特殊设计使中间环节的误差可以忽略不计。高压电能表的输入为一次侧电压、电流，输出为测量后的电能脉冲或数据。其准确度等级可以直接定义，通过更高一级标准校准。
2.2 将高压电能表作为“整体标准”设计
为了使“高压电能表”可整体校准，必须将互感器环节与电能计量环节设计成一整体。
图1为用于10 kV配电网的高压电能表。10 kV配电网通常采用的是中性点不接地系统.普遍采用两元件法来进行电能计量。其中，电压传感器取样利用电容分压器，电流传感，取样采用低功耗电流互感器，再通过高压单相直接电能计量模块将传感器信号计算成电能数据。电子线路整体悬浮于高压一次侧供电线路。在合理的误差设计方案下，高压电能表作为高压一次侧直接计量的设备，其整体计量准确度通过高压电能计量装置校验系统检定．定义为0.2S级。
2.3 “整体标准”的误差分析
由于高压电能表将高、低压作为一体化，避免了互感器由于二次回路压降引起的误差，也不存在实际负荷变化而带来的误差影响，因此，其在出厂前检测的误差限值就是其在线计量的误差大小，不会因为现场条件的变化而影响其误差。而常规高压电能计量装置，电压互感器准确度为0.2级，电流互感器的准确度为0.2S级，低压电能表准确度为0.5S级，加上二次压降及二次负荷的影响，其综合误差限值仅能控制在0.75%以内。因此，用准确度为0.2S级的高压电能表能够作为在线校验的装置监测常规高压电能计量装置的实际运行。高压电能表的外形及对外接口示意图见图2。
3 电能计量装置在线校验系统
3.1 在线校验系统构成
图3为一种用高压电能表做标准的电能计量装置在线校验系统原理图。该系统由高压电能表和低压校验终端共同构成。其中，高压电能表在高压侧直接进行高压电量信息采集和电能计量：低压校验终端读取被校计量系统的误差数据，并负责计算、存储、显示和通信。
低压校验终端的作用是：显示高压电能表的有功电量、无功电量、瞬时电压、瞬时电流等数据：读取被校电压、电能计量装置的电能脉冲或数据：比较被校电能计量装置与高压电能表之间的误差，计算计量装置的整体误差；记录在不同负荷点下电能计量装置的整体误差：按照设定的测试方案，记录不同时间段高压电能计量装置的误差曲线。
3.2 低压校验终端方案
低压校验终端方案是以高压电能表为“整体标准”，通过对脉冲的采集得到被校表输出的脉冲累计值和标准表输出的脉冲累计值，然后根据被校表和标准表各自的脉冲累计值，推算出各自对应的电能值，并根据公式（1）得出被校电能表的基本误差er。
100% （1）
其中，W0标准表累计的电能值，被认为是实际的电能值；W1为被校表累计的电能值。
在线校验方法最核心也是最重要的问题就是脉冲数的准确采集以及脉冲数采集到多少时开始测算电能误差。基于电路逻辑功能的合理控制和改进的考虑，本方案采用的是一片CPLD完成脉冲数的采集累加，使电能脉冲的采集与终端的显示通信功能各自独立，减少了两种功能的相互干扰，降低了单片机的硬件开销，能更好地实现脉冲数的准确采集和显示通信功能的正常运行。具体实施方法是：当有脉冲输入时（从I/O引脚输入）。首先判断是否为干扰脉冲，如果不是则计数值累加1，并将累加值存放在片内RAM中，同时单片机通过定时器．定时从CPLD的片内RAM中将累加值取出，与原有的累计值进行叠加。
4 结束语
这种方法的局限性在于无法定位是计量装置哪个环节出了问题，因为它只反映整体比对的结果。由于在线校验终端记录了大量运行中的误差比对数据，可弥补常规现场检测仪器无法检测在线误差的问题。结合在线校验终端记录的数据，在计量装置改造时辅助常规的现场检测仪器，即可定位问题环节。
参考文献
[1]王乐仁.配电网中的互感器及其未来[J].环球表计,2005,3:14-15.
（攀枝花学院电气信息工程学院，四川 攀枝花 617000）
【摘要】本文设计的数字电压表具有高精度、低成本和便携的特性。使用ADC0809作为A/D转换芯片，能将模拟电压信号通过逐次比较的方式输出8位二进制；通过AT89S52对其进行处理，转换为十进制数，由LCD1602液晶显示出数字电压；利用+9V蓄电池与LM7805组成稳压电路，保证系统电源为+5V稳定输入；设计的数字电压表能测量一路0~+5V的电压，精度为0.020V。
关键词 ADC0809；数字电压表；AT89S52；LCD1602
Based on 89S52 Singlechip Digital Voltage Meter Design
YUAN Wei-ming YU Juan
(School of Electric and Information Engineering, Panzhihua University, Panzhihua Sichuan 617000, China)
【Abstract】In this paper, design of digital voltmeter has characteristic of high precision, low cost and portable. Using ADC0809 as A/D conversion chip, analog voltage signal can be output by means of successive compared 8-bit binary; By AT89S52 devices for handling, converted to a decimal number, by LCD1602 LCD digital voltage; Using + 9 v battery and LM7805 regulating circuit, guarantee the stability of system power for + 5 v input; Design of the digital voltmeter to measure all the 0 ~ + 5 V voltage, accuracy of 0.020 V.
【Key words】ADC0809; Voltmeter; AT89S52; LCD1602
0 引言
随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。数字电压表（DVM）是采用数字化测量技术设计的电压表。数字电压表与模拟电压表相比，具有读数直观、准确、显示范围宽、分辨力高、输入阻抗大、集成度高、功耗小、抗干扰能力强，可扩展能力强等特点，因此在电压测量、电压校准中有着广泛的应用。
1 系统总体方案设计
设计采用AT89S52作为控制芯片，A/D转换利用8位ADC0809芯片，电源输入分别为+5V电源适配器和9V电池，可通过开关选择；系统利用两个LED指示灯分别判断当前电压是否超出量程、是否稳定，并通过LCD1602液晶显示当前电压。
系统电路主要由以下几部分构成：AT89S52单片机最小系统，电源电路，A/D转换电路，电压采集电路，LCD显示电路。硬件结构设计如图1所示：
图1 硬件结构设计图
2 硬件设计部分
2.1 电压的采集与转换电路
本设计电压信号的采集考虑到干扰较大，使用并联电容的方式滤波，有效地避免了杂波信号。模数转换采用ADC0809芯片，利用通道IN0输入采集电压，根据地址表将三位地址控制位接地，通过电源适配器或电池与稳压电路的电压为其提供稳定的+5V基准电压，保证转换电压的精度；芯片采用的是逐次比较的方式将模拟信号转换为8位二进制数，理论精度能达到+0.019V。
2.2 电源电路
本设计系统需要稳定的+5V直流电压，电源电路分为两个部分，由电压适配器或+9V电池为系统供电，可由开关进行切换，从而体现可移动的便捷性。其中ADC0809转换芯片为电源直接供电，保证电源供电的稳定。在用电池供电涉及到稳压电路，本次设计使用LM7805芯片作为稳压电路的稳压芯片，并通过多次滤波保证电压转换的稳定。
2.3 系统电路设计
由Altium软件设计系统电路原理图，如图2所示。
3 软件设计部分
本设计的的软件部分主要分为电压采集、转换、显示；涉及到LCD1602与ADC0809的驱动程序，其中加入了LED指示灯的判断程序，以提高对采集电压的情况较为容易的判断，电压的采集通过定时器控制采集频率，使其能够及时的返回采集的电压。软件设计流程如下图：
图3 软件设计流程图
系统软件程序主要分为数据采集、电压数值转换与LCD显示部分，其数据采集用定时器控制其定时采集数据，采集数据的接收端口为P1，返回8位二进制数，数据采集程序代码如下：
uint adc0809_init()
{
START=0;
OE=0;
START=1;
START=0;
while(EOC==0);//等待转换结束
OE=1;//为高电平时，转换的数据输送到单片机
dat_0809=P1;//从P1引脚读转换后的信息
OE=0;
return dat_0809;
}
4 系统仿真与调试
本设计编程语言为C语言，利用Keil软件实现程序的编译,系统的仿真调试采用Proteus软件；通过仿真对六项不同输入电压进行测试，得出实测电压，如表1所示：
表1 仿真测试结果
通过分析表1的数据，系统的测量误差都保持在理论误差之内。
5 结论
通过对制作的数字电压表进行测试，系统通过电池或电源适配器供电，能稳定的输入+5v电压；用其检测电压，能够将0~5V的模拟电压信号转化为数字信号，通过单片机的处理，能够在液晶显示器显示，对测试数据分析，精度保持在0.02V内。
参考文献
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关键词：数字，电压表，设计
Abstract: because the traditional digital voltage meter costs are relatively high, and the lower end of the maintenance technology, also has not, therefore, in order to meet the development trend of modern measurement instrument system, based on the analysis of digital voltage meter principle, are discussed in the design of digital voltage meter, the digital voltage meter to single chip microcomputer as control core, using TLC7135 for A/D conversion, and display the conversion results by LED.
Keywords: digital, voltage meter, design
中图分类号： S611文献标识码：A文章编号：
一、引言
上世纪五十年代，数字电压表开始出现，到了六十年代研制
出了电压测量仪表（DVM），它结合了数字化测量技术，将连续的模拟量转变为断续的数字量，然后再进行数字处理通过显示器加以显示。现阶段，数字电压表已经逐步取代了过去的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能缺乏，测量精度很低，并且在读数时也极为不变，很容易出现错误。而运用单片机作为核心控制芯片、以TLC7135作为A/D转换芯片所设计的数字电压表相对来说提高了测量精度，加快了运行速度，并且在读数时也非常方便。不仅如此，它较传统电压表来说，提高了抗干扰能力与可扩展性强。逐渐应用于电子及电工的测量、工业自动化仪表以及自动测试系统等智能化测量领域。因此，研究基于单片机控制的数字电压表具有非常重要的意义。
二、数字电压表的组成原理
数字电压表是利用模数（A/D）转换原理，将被测电压（模拟量）转换为数字量，并将测量结果以数字形式显示出来的一种电子测量仪器。一台典型的直流数字电压表主要由输入电路、A/D转换器、控制逻辑电路、显示器以及电源电路等几部分组成。输入电路和A/D转换器统称为模拟电路部分，而显示器和控制逻辑电路统称为数字电路部分。因此，一台数字电压表除供电电源外，主要由数字和模拟两部分构成。A/D转换器是数字电压表的核心，实现被测电压转换成与其成比例的数字量。由于电压是一个最基本的电量，并且其他许多物理量都能方便地转换成电压，因此，电压—数字转换器是一种最基本、最常用的A/D转换方式。由于电压—数字转换的原理和方案有很多种，相应地也具有各种不同类型的数字电压表。
三、TLC7135简介
一个设计的成败核心问题就是主要器件的选用问题。前面已经提到的A/D转换器是数字电压表的核心，因此，A/D转换器的选用非常重要。TLC7135是高精度4位CMOS双积分型A/D转换器，提供±20000（相当于14位A/D）转换精度（±1）的计数分辨率。
拥有双极性相对较高的高阻抗差动输入、自动进行调零、量程检测及输出为动态扫描的BCD码等功能。
TLC7135相对电路提供6个控制信号，所以，除了具有数字电压表的功能外，还可以和微处理器、非同步接收/发送器以及其它控制电路进行连接使用。
位选扫描信号UNDERRANGE（欠量程时）自动调零＋零积分（放电）10001个脉冲信号积分10000个脉冲OVE（超量程时）BUSY（状态信号）完整测量40002个时钟周期1000 COU-NTST2T1D5D4D3D2D1。TLC7135一 次A/D转换周期分为4个阶段：自动调零（AZ）、信号积分（INT）、基准电压反向积分（DE）和积分回零（ZI）。
四、系统整体设计
仪表以单片机为控制核心，采用TLC7135进行A/D转换，并通过LED显示转换结果。系统设计如下图所示。
输入信号通过模拟开关通路来选择合适的量程转换，然后将输入信号输入到A/D转换电路中去，通过A/D输出由模拟量转换成数字量，最后通过单片机编程实现从数字量编码转换到七段译码，最后送到数码管显示输出测量结果。
单片机选择的是MCS-51系列。51系列是一种很经典的单片机，具有较高的时钟频率和较大的存储空间，并且还能采用嵌入式操作系统。这些都极大地提高了它的性能，扩大应用范围。
TLC7135与单片机系统连接如下图所示，如果采用TLC7135的并行采集方式，那么既要与BCD码数据输出线进行连接，还要连接BCD码数据的位驱动信号，应该有9根I/O串口线。所以，该系统在电路连接上较复杂，并且软件编程也不简单。采用TLC7135串行方法则是经过计录数字脉冲的方式，进行得到测量数据转换后的数据结果。
由时序分析图可以得到，在De-Integrate相位期间，数字脉冲数与模数转换的结果满足对应关系。可以通过单片机的定时器T0或定时器T1计录数字脉冲的个数。由于定时器T0的时钟频率是该系统晶体振动固有频率的一半，所以，可以把单片机的ALE信号端子看作TLC7135数字脉冲的输入。在进行系统软件设计编程过程中，如果单片机的指令中没有MOVX指令，ALE端子产生的脉冲频率为固有晶体振动频率的1/6。最后，便可找到定时器所使用的频率与单片机系统晶振频率的关系，以及TLC7135所需的频率输入与单片机系统晶振频率的关系。
如果使定时器T0所记录的数字脉冲与TLC7135工作所需的脉冲个数完全相同，就可以把TLC7135的信号连接到单片机AT89S52的P3.2(INT0)引脚上，并且把单片机定时器T0对应的选通控制信号GATE位置1，该时刻定时器T0工作状态将由BUSY信号来决定。通过时序逻辑图可以得到，当TLC7135开始工作，也就是在积分波形对 应 的Singal-Integrate相位开始工作时，TLC7135的BUSY信号处于高电平状态时，定时器T0才开始工作，并且定时器T0的TH0、TL0所记录的数据与TLC7135的测量脉冲（从积分波形Singal-Integrate相位开始工作到De-Integrate相位结束这一区间内的脉冲称为测量脉冲）满足某种比例关系。其系统连接如下图所示。
其中，Fosc为单片机系统固有的晶体振动频率；Ftime为定时器所用频率；Fale为单片机ALE的输出频率；Ficl为TLC7135所使用的输入信号频率，该频率可以通过Fale分频得到。N是分频比，对应12MHz晶振该系统中N应选为16。分频数可根据TLC7135的需求和单片机的时钟频率进行选择，在该系统中采用4分频工作，即选125KHz供TLC7135工作，这样可以确保定时器T0在对测量数字脉冲计数的过程中不会超出所规定的范围。如果运用分频数大于4的频率，那么需要通过编制软件进行改进。要得到A/D转换结果所对应的脉冲数可以使用所测量数字脉冲数目减去10001。该转换过程通常可采用软件编程的方式来完成。被测的模拟量完全可以通过A/D转换结果所得到的脉冲数来得到。分频过程是由12位同步二进制计数器CD4040完成的。该芯片由12级主从触发器构成，复位端高电平复位，共有引脚16个。该系统具有占用单片机端口线数少，能减少系统硬件资源的使用数量，并能改善系统的整体抗干扰能力，却不需要增加扩展口器件的使用，使系统的成本达到最低。
五、结束语
本文通过1线串行的方法读取TLC7135的模数转换结果。以TLC7135为核心，利用TLC7135进行A/D转换，最终在单片机的控制下通过LED显示转换结果，极大地简化了电路设计，该系统具有结构简单、编程简洁、占用单片机资源少等特点，为单片机功能扩展提供了更大空间。
参考文献
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