探析数字电压表的设计

唐建兰

（江苏盐城建湖县计量测试所，江苏 盐城 224700）

0 引言

随着我国目前集成电路发展的大规模化，目前社会上已经有许多的企业开始对不同型号的A/D转换器进行了大批量生产，以此来满足社会不同市场以及不同场合对转换器的需求，相对于单片机的数字电压表设计来讲，数字电压表的设计大体上分为单片机的硬件设计以及单片机的软件设计两个方面，通过对两个方面进行详细的探析，可以提高单片机数字电压表的设计水平和质量[1]。

1 数字电压表设计过程中的故障分析

1.1 分析数字电压表可能出现的问题

从一般情况上来讲，数字电压表所表现出来的常见故障主要有显示满意值、跳字、全为零、放大器饱和、显示重影、不取样、先是一片模糊、个别数字不清以及叠字等种种情况。就数字电压表的故障性质来讲，一般分为两种，具体表现为，其一，是数字电压表所产生的元件损坏问题，在数字电压表的元件损害之后，数字电压表便不能正常的进行工作。其二，数字电压表的元件性能不良，从而导致数字电压表在进行工作的过程中，不能向工作人员提供准确、可靠的信息。例如，数字电压表的放大器在第一级或者第二级的晶体管出现分对不对称的情况，或者由于数字电压表噪声太大而引起的仪器跳字情况。对于数字电压表的故障现象来讲，必须要做到数字电压表的精准和可靠。

1.2 逐步缩小数字电压表的故障区域

在进行数字电压表的故障判定过程中，数字电压表工作人员必须首先进一步的确定数字电压表所产生的故障区域，也就是数字电压表有故障的印刷版或者有故障的工作单元。首先，数字电压表设计工作人员可以先进行开机加电，从而检查数字电压表的内部电源是否有泄露等问题，因为数字电压表的电源是工作单元路线的基础部分，因此可以及时的排除数字电压表所产生的故障。然后，再通过对数字电压表观测主要的测试点波形，计算出数字电压表的电压以及更换相应印刷版或者是元件[2]。

1.3 判定数字电压表出现故障的原因

在数字电压表设计工作人员找到故障的电路单元之后，还需要数字电压表工作人员进一步的判定该单元中损坏或者性能不良的元件，例如，数字电压表的继电器、晶体管、电阻和电容等。对于一些直观无法判定的，还需要数字电压表设计工作人员备份接插板，把该单元板引出来，之后用万用表以及示波器测试数字电压表的工作点电压和波形，对可能出现问题的元件必须要对其进行拆除，利用电容测试器、万用表或者晶体管测试仪进行进一步的判定。数字电压表电源电路图如图1所示。

图1 数字电压表电源电路图

2 数字电压表单片机的硬件设计

2.1 输入电路的设计

A/D转换器一直都是单片机数字电压表的一项十分重要的内容，通过对单片机的数字电压表输入电压A/D转换器的模拟量，会将其输入到Rc滤波电路当中，之后再将其输入到A/D的转换芯片中。简而言之，也就是指数字电压表的输入。模拟量通道中，一个十分重要的环节就是实现A/D转换器的输入。相对于单片机的数字电压表工作来讲，在对A/D转换器完成输入模拟量以及数字量的转换时，单片机的数字电压表工作量就会大幅度增加。在大规模集成电路快速发展的当今社会，数字电压表的生产商开始认识到A/D转换器的重要性，并且开始将不同型号的A/D转换器逐渐应用到企业数字电压表的生产当中来。目前市面上的A/D转换器形式多种多样，包括逐次逼近式的、并进式的、双击分式的，这种市面上的A/D转换器绝大多数都具备着锁存电路功能，通过这种形式可以实现连接数字电压表，单片机的系统，并且可以分析数字电压表的数字量[3]。A/D转换器工作原理图如图2所示。

图2 A/D工作原理图

2.2 数字电压表单片机设计

对于数字电压表的单片机设计环节，必须要选择功耗低，性能高的单片机。就相对于数字电压表的单芯片设计来讲，必须要注意保证单片机的在线系统可以进行flash编程。而就AT89S52系统来讲，应该在设计环节注意确保数字电压表的单片机具备以下功能，6向量2级中断结构一个，16位计数器三个，数据指针两个，32位I/O口线，RAM256字节，flash 8k字眼，看门狗定时器等。

2.3 数字电压表数码管显示设计

在对数码管显示设计的环节，需要对四位共阴LED数码管进行设计，作为数字电压表的显示，LED数码管的特点具备视野宽阔，线路简单，耐震性，高亮度高等优势。具体的来说，在数字电压表的数码管设计中，通过八个两极管可以构成数字电压表当中的LED显示器。同时还需要注意的是，这八个两极管当中，其中必须要有七个是要以八字形的形状来进行排列的。而剩下的另外一个两极管也必须要将其设计在数字电压表的右下角，这样一来，可以实现对于一些数字电压表当中的一些常用小数点来进行显示，对于一些比较普通的数字电压表接口来讲，由于这些数字电压表的去芯片驱动能力有限，所以在对LED接口电路进行安装显示器时，需要对输出口所提供的一些驱动电流安装驱动芯片。最后，对于整个数字电压表通讯板块的设计来讲，需要将其对串口通信板块来进行综合的设计，确保它可以实现由Max232和rs232两种器件所构成。

3 数字电压表单片机的软件设计

3.1 改进单片机的优化系统

在数字电压表单片机的硬件系统安装完成之后，要想确保数字电压表单片机的正常工作，那么就必须要对其进行相关的校验工作，以此来确保数字电压表的设计质量符合我国对于数字电压表安装的具体要求。之后还需要对数字电压表当中单片机的硬件系统进行全方面的检查，对于系统上自带的一些电压和电源进行自测，防止在使用的过程中造成人员损伤。在数字电压表介入Vcc的情况下，数字电压表的数码管显示基本为5.000，而对于数字电压表的接地环节来讲，数字电压表的数码管显示应该为0.000，所以还必须要对数字电压表的A/D转换器来进行调试，从而实现A/D转换器基准电压的平衡[4]。

3.2 设计数字电压表的A/D转换程序

A/D转换器接口的电路设计是8脚双列直插式双通道的A/D转换器，它可以对两路的模拟信号实现模—数的转换，同时还可以用在单端输入方式和差分方式下工作。A/D转换子程序的核心功能是对设定数字电压表的采集电压输入，并且将采集到的模拟值转换成为8位二进制的数值，范围为0～255，所测量的范围为0～5V的电压。相对于数字电压表A/D转换子程序来讲，它的主要作用就是对于输入电压表的模块电压信号采集测量进行控制工作，并将相应的数值存入内存单元。而相对于数字电压表的子程序，显示过程中必须要对数字电压表的动态扫描进行采用，从而对四位数码的数值显示进行实现[5]。

4 结语

综上所述，企业在日常的生产经营活动过程中，必须要全方面的重视起数字电压表的应用，加强对数字电压表设计故障分析，提高单片机数字电压表的设计水平和质量，改进数字电压表单片机的优化系统，从根本上提升数字电压表的工作质量和效率。通过对数字电压表的程序进行有效的优化和升级，可以促使我国未来的电子产品在进行数字电压表的应用过程中，提升数字电压表的精准度，增强数字电压表的使用年限，真正的凸显出数字电压表的使用价值。