基于单片机的电流电压测试.doc

1前言 电学参量测量技术涉及范围广，特别是电压、电流表广泛适用于学校、工业、科研、国防等各种领域供实验室和工业现场测试用。 2电参数测量介绍 2.1电子测量概述广义上讲，凡是利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上来说，电子测量是在电子学中测量有关电的量值。与其他一些测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点：测量频率范围极宽，这就使它的应用范围很广；量程很广；测量准确度高；测量速度快；易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰，直观；易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。随着科学技术和生产的发展，测量任务越来越复杂，工作量加大，测量速度测量准确度要求越来越高，这些都对测量仪器和测试系统提出了更高的要求。微机的出现为解决上述问题提供了条件。利用微机的记忆，存储，数学运算，逻辑判断和命令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。近年来微机和大规模集成电路发展很快，价格大幅下降，同时在测试系统中还解决了通用接口母线标准化问题，使微机化仪器和自动测试系统得到了很大发展，正改变着电子测量的面貌电压表发展概况电压测量是电子测量的一个重要内容。随着电子技术的发展，对电压测量提出了一系列的要求，主要可概括为：应有足够宽的电压测量范围；应有足够高的测量准确度；应有足够高的输入阻抗；应具有高的抗干扰能力。电压测量仪器总的可分为两大类：即模拟式和数字式的。模拟式电压表是指针式的。用磁电式电流表作为指示器，并在电流表表盘上以电压（或db）刻度R 和表头串联组成，测量部件表头的设计是利用载流线圈在磁场中受力矩作用的原理。数字式电压表首先将模拟量通过模/数（A/D）变换器变成数字量，然后用电子计数器计数，并以十进制数字显示被测电压值。模拟式电压表由于电路简单、价廉，特别是在测量高频电压时，其测量准确度不亚于数字电压表，故在目前，在电压测量中仍将占有重要地位。数字式电压表在近年来以成为极其精确，灵活多用的电子仪器，并且价格正在逐渐下降。数字式电压表能很好地与其他数字仪器相交接，因此在电压测量系统的发展中是非常重要的。讨论数字式电压表的主要内容可归结为电压测量的数字化方法。模拟量的数字化测量，其关键是如何把随时间作连续变化的模拟量变换成数字量，完成这种变换的电路叫模/数变换器。所以，数字式电压表可以简单理解为模/数变换器。 3.1测量的基本原理 通过本次设计需要达到的最基本功能是能够测量交直流电压值和电流值，其基本组成见图2.1。 图3.1 下面我们分别介绍各个部分的组成： 1）、模数(A/D)转换与数字显示电路 常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。 数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不连续的。这种情况被称为是“量化的”。若最小量化单位(量化台阶)为，则数字信号的大小一定是的整数倍，该整数可以用二进制数码表示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示出来。 例如，设=0.1，我们把被测电压与比较，看是的多少倍，并把结果四舍五入取为整数 (二进制)。一般情况下，≥1000即可满足测量精度要求(量化误差≤1/1000=0.1%)。最常见的数字表头的最大示数为1999，被称为三位半()数字表。 对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的就是以mV为单位的被测电压的大小。如：是 (0.1)的1234倍，即=1234，显示结果为123.4()。这样的数字表头，再加上电压极性判别显示电路，就可以测量显示-199.9～199.9的电压，显示精度为0.1。 由上可见，数字测量仪表的核心是模数(A/D)转换、译码显示电路。A/D转换一般又可分为量化、编码两个步骤。 2) 、多量程数字电压表原理 在基准数字电压表头前面加一级分压电路(分压器)，可以扩展直流电压测量的量程。如图2.2所示，为电压表头的量程(如200)，为其内阻(如10)，、为分压电阻，为扩展后的量程。 图3.2分压电路原理 图3.3多量程分压器原理 由于rr2，所以分压比为 扩展后的量程为 多量程分压器原理电路见图2.3，5档量程的分压比 分别为1、0.1、0.01、0.001和0.0001，对应的量程 分别为2000、200、20、2和200。 采用图3的分压电路虽然可以扩展电压表的量程， 但在小量程档明显降低了电压表的输入阻抗， 这在实际使用中是所不希望的。 所以，实际数字万用表的直流电压档 电路为图2.4所示，它能在不降低输入阻抗的情况下，达到同样的分压效果。 例如：其中200档的分压比为