探析數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

唐建蘭

（江蘇鹽城建湖縣計(jì)量測試所，江蘇 鹽城 224700）

0 引言

隨著我國目前集成電路發(fā)展的大規(guī)?；?，目前社會上已經(jīng)有許多的企業(yè)開始對不同型號的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了大批量生產(chǎn)，以此來滿足社會不同市場以及不同場合對轉(zhuǎn)換器的需求，相對于單片機(jī)的數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)來講，數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)大體上分為單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)以及單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)兩個方面，通過對兩個方面進(jìn)行詳細(xì)的探析，可以提高單片機(jī)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量[1]。

1 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)過程中的故障分析

1.1 分析數(shù)字電壓表可能出現(xiàn)的問題

從一般情況上來講，數(shù)字電壓表所表現(xiàn)出來的常見故障主要有顯示滿意值、跳字、全為零、放大器飽和、顯示重影、不取樣、先是一片模糊、個別數(shù)字不清以及疊字等種種情況。就數(shù)字電壓表的故障性質(zhì)來講，一般分為兩種，具體表現(xiàn)為，其一，是數(shù)字電壓表所產(chǎn)生的元件損壞問題，在數(shù)字電壓表的元件損害之后，數(shù)字電壓表便不能正常的進(jìn)行工作。其二，數(shù)字電壓表的元件性能不良，從而導(dǎo)致數(shù)字電壓表在進(jìn)行工作的過程中，不能向工作人員提供準(zhǔn)確、可靠的信息。例如，數(shù)字電壓表的放大器在第一級或者第二級的晶體管出現(xiàn)分對不對稱的情況，或者由于數(shù)字電壓表噪聲太大而引起的儀器跳字情況。對于數(shù)字電壓表的故障現(xiàn)象來講，必須要做到數(shù)字電壓表的精準(zhǔn)和可靠。

1.2 逐步縮小數(shù)字電壓表的故障區(qū)域

在進(jìn)行數(shù)字電壓表的故障判定過程中，數(shù)字電壓表工作人員必須首先進(jìn)一步的確定數(shù)字電壓表所產(chǎn)生的故障區(qū)域，也就是數(shù)字電壓表有故障的印刷版或者有故障的工作單元。首先，數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)工作人員可以先進(jìn)行開機(jī)加電，從而檢查數(shù)字電壓表的內(nèi)部電源是否有泄露等問題，因?yàn)閿?shù)字電壓表的電源是工作單元路線的基礎(chǔ)部分，因此可以及時的排除數(shù)字電壓表所產(chǎn)生的故障。然后，再通過對數(shù)字電壓表觀測主要的測試點(diǎn)波形，計(jì)算出數(shù)字電壓表的電壓以及更換相應(yīng)印刷版或者是元件[2]。

1.3 判定數(shù)字電壓表出現(xiàn)故障的原因

在數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)工作人員找到故障的電路單元之后，還需要數(shù)字電壓表工作人員進(jìn)一步的判定該單元中損壞或者性能不良的元件，例如，數(shù)字電壓表的繼電器、晶體管、電阻和電容等。對于一些直觀無法判定的，還需要數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)工作人員備份接插板，把該單元板引出來，之后用萬用表以及示波器測試數(shù)字電壓表的工作點(diǎn)電壓和波形，對可能出現(xiàn)問題的元件必須要對其進(jìn)行拆除，利用電容測試器、萬用表或者晶體管測試儀進(jìn)行進(jìn)一步的判定。數(shù)字電壓表電源電路圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字電壓表電源電路圖

2 數(shù)字電壓表單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 輸入電路的設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換器一直都是單片機(jī)數(shù)字電壓表的一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，通過對單片機(jī)的數(shù)字電壓表輸入電壓A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量，會將其輸入到Rc濾波電路當(dāng)中，之后再將其輸入到A/D的轉(zhuǎn)換芯片中。簡而言之，也就是指數(shù)字電壓表的輸入。模擬量通道中，一個十分重要的環(huán)節(jié)就是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。相對于單片機(jī)的數(shù)字電壓表工作來講，在對A/D轉(zhuǎn)換器完成輸入模擬量以及數(shù)字量的轉(zhuǎn)換時，單片機(jī)的數(shù)字電壓表工作量就會大幅度增加。在大規(guī)模集成電路快速發(fā)展的當(dāng)今社會，數(shù)字電壓表的生產(chǎn)商開始認(rèn)識到A/D轉(zhuǎn)換器的重要性，并且開始將不同型號的A/D轉(zhuǎn)換器逐漸應(yīng)用到企業(yè)數(shù)字電壓表的生產(chǎn)當(dāng)中來。目前市面上的A/D轉(zhuǎn)換器形式多種多樣，包括逐次逼近式的、并進(jìn)式的、雙擊分式的，這種市面上的A/D轉(zhuǎn)換器絕大多數(shù)都具備著鎖存電路功能，通過這種形式可以實(shí)現(xiàn)連接數(shù)字電壓表，單片機(jī)的系統(tǒng)，并且可以分析數(shù)字電壓表的數(shù)字量[3]。A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖如圖2所示。

圖2 A/D工作原理圖

2.2 數(shù)字電壓表單片機(jī)設(shè)計(jì)

對于數(shù)字電壓表的單片機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須要選擇功耗低，性能高的單片機(jī)。就相對于數(shù)字電壓表的單芯片設(shè)計(jì)來講，必須要注意保證單片機(jī)的在線系統(tǒng)可以進(jìn)行flash編程。而就AT89S52系統(tǒng)來講，應(yīng)該在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)注意確保數(shù)字電壓表的單片機(jī)具備以下功能，6向量2級中斷結(jié)構(gòu)一個，16位計(jì)數(shù)器三個，數(shù)據(jù)指針兩個，32位I/O口線，RAM256字節(jié)，flash 8k字眼，看門狗定時器等。

2.3 數(shù)字電壓表數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)

在對數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，需要對四位共陰LED數(shù)碼管進(jìn)行設(shè)計(jì)，作為數(shù)字電壓表的顯示，LED數(shù)碼管的特點(diǎn)具備視野寬闊，線路簡單，耐震性，高亮度高等優(yōu)勢。具體的來說，在數(shù)字電壓表的數(shù)碼管設(shè)計(jì)中，通過八個兩極管可以構(gòu)成數(shù)字電壓表當(dāng)中的LED顯示器。同時還需要注意的是，這八個兩極管當(dāng)中，其中必須要有七個是要以八字形的形狀來進(jìn)行排列的。而剩下的另外一個兩極管也必須要將其設(shè)計(jì)在數(shù)字電壓表的右下角，這樣一來，可以實(shí)現(xiàn)對于一些數(shù)字電壓表當(dāng)中的一些常用小數(shù)點(diǎn)來進(jìn)行顯示，對于一些比較普通的數(shù)字電壓表接口來講，由于這些數(shù)字電壓表的去芯片驅(qū)動能力有限，所以在對LED接口電路進(jìn)行安裝顯示器時，需要對輸出口所提供的一些驅(qū)動電流安裝驅(qū)動芯片。最后，對于整個數(shù)字電壓表通訊板塊的設(shè)計(jì)來講，需要將其對串口通信板塊來進(jìn)行綜合的設(shè)計(jì)，確保它可以實(shí)現(xiàn)由Max232和rs232兩種器件所構(gòu)成。

3 數(shù)字電壓表單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 改進(jìn)單片機(jī)的優(yōu)化系統(tǒng)

在數(shù)字電壓表單片機(jī)的硬件系統(tǒng)安裝完成之后，要想確保數(shù)字電壓表單片機(jī)的正常工作，那么就必須要對其進(jìn)行相關(guān)的校驗(yàn)工作，以此來確保數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)質(zhì)量符合我國對于數(shù)字電壓表安裝的具體要求。之后還需要對數(shù)字電壓表當(dāng)中單片機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行全方面的檢查，對于系統(tǒng)上自帶的一些電壓和電源進(jìn)行自測，防止在使用的過程中造成人員損傷。在數(shù)字電壓表介入Vcc的情況下，數(shù)字電壓表的數(shù)碼管顯示基本為5.000，而對于數(shù)字電壓表的接地環(huán)節(jié)來講，數(shù)字電壓表的數(shù)碼管顯示應(yīng)該為0.000，所以還必須要對數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行調(diào)試，從而實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓的平衡[4]。

3.2 設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表的A/D轉(zhuǎn)換程序

A/D轉(zhuǎn)換器接口的電路設(shè)計(jì)是8腳雙列直插式雙通道的A/D轉(zhuǎn)換器，它可以對兩路的模擬信號實(shí)現(xiàn)?！獢?shù)的轉(zhuǎn)換，同時還可以用在單端輸入方式和差分方式下工作。A/D轉(zhuǎn)換子程序的核心功能是對設(shè)定數(shù)字電壓表的采集電壓輸入，并且將采集到的模擬值轉(zhuǎn)換成為8位二進(jìn)制的數(shù)值，范圍為0～255，所測量的范圍為0～5V的電壓。相對于數(shù)字電壓表A/D轉(zhuǎn)換子程序來講，它的主要作用就是對于輸入電壓表的模塊電壓信號采集測量進(jìn)行控制工作，并將相應(yīng)的數(shù)值存入內(nèi)存單元。而相對于數(shù)字電壓表的子程序，顯示過程中必須要對數(shù)字電壓表的動態(tài)掃描進(jìn)行采用，從而對四位數(shù)碼的數(shù)值顯示進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，企業(yè)在日常的生產(chǎn)經(jīng)營活動過程中，必須要全方面的重視起數(shù)字電壓表的應(yīng)用，加強(qiáng)對數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)故障分析，提高單片機(jī)數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量，改進(jìn)數(shù)字電壓表單片機(jī)的優(yōu)化系統(tǒng)，從根本上提升數(shù)字電壓表的工作質(zhì)量和效率。通過對數(shù)字電壓表的程序進(jìn)行有效的優(yōu)化和升級，可以促使我國未來的電子產(chǎn)品在進(jìn)行數(shù)字電壓表的應(yīng)用過程中，提升數(shù)字電壓表的精準(zhǔn)度，增強(qiáng)數(shù)字電壓表的使用年限，真正的凸顯出數(shù)字電壓表的使用價值。