电压的测量教案

电压的测量教案（共11篇）

电压的测量教案 篇1

电压的测量

教学目标

1、知道电压是提供电路中有持续电流的“推动作用”。

2、知道常见的一些电压值。

3、会把电压表正确连入电路。

4、会根据不同的量程读出电压表的读数。

教学重难点分析 教学设计 重点：使用电压表－－电压的测量 难点：电压的概念

【问题引入】电源接入电路时，为什么电路中就有电流呢？ －－首先明确：电流时电路中的电荷朝一个方向运动产生的。－－那么，为什么电荷会运动起来呢?

－－必定有一种力推着它动起来，这种推动力有谁提供呢？ －－原来是电源上的电压对电荷产生了推动力－－由此引入电压 或者： 【复习】

1、(1)把一节干电池、小灯泡、开关放在示教板上，请一位同学按所画电路图，用导线将电路连接起来(连接电路之前，开关应当是断开的)。

(2)提问：什么叫电路，它由哪几部分组成？ 2．引入新课

【演示】闭合示教板上电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流。【提问】电流是怎样形成的？－－电流时电路中的电荷朝一个方向运动产生的 取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。

【提出问题】在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么？ 3．进行新课

为了说明在什么情况下才能形成电流，我们先用水流作比喻，看看水流是怎样形成的？

【提问】将装有水的U形管连通器的底部用止水钳夹住，两管内水面相平。打开止水钳，两管内的水会不会发生流动？

【演示】向U形管左管内加水，使左管水面高出右管水面(图1)。(提问：打开止水钳，两管内的水会不会发生流动，如果发生流动，水怎样流动？)打开止水钳，水从左管向右管流动。

甲图中A处的水位高于B处的水位，打开阀门，管中的水从A处通过涡轮向B处流动，水的流动使涡轮转动。A处的水面下降，B处的水面上升，当A、B两处水面相平时，水位相同，水停止流动，涡轮不再转动，幻灯片要显示上述过程。可见，水位差(水压)使水管中形成水流。

现在，我们用一台抽水机不断地把水从B处抽到A处(如图3乙所示，将抽水机置入，同时表现出抽水的动态情况)、使A处的水总比B处的水位高，由于水管两端总保持一定的水位差(水压)，于是水管内就有持续的水流。

下面我们来看看图4所示的电路(示数板上接好的简单电路)的情况。

说明：电源的正极聚集有大量的正电荷，负极聚集有大量的负电荷，在电源的正、负极之间就产生了电压。这个电压使电路中电荷发生定向流动，使正电荷从正极流向负极，或者使负电荷从负极流向正极，于是在电路中产生了电流。－－可见，电压是使电路中形成电流的原因。

在电路中，电源在工作时不断地使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，保持电路两端有一定的电压，使电路中有持续的电流。电源是提供电压的装置。【板书】

1、电压使电路中形成电流，电源是提供电压的装置。

电压用符号U表示

在图3所示装置中，不同的抽水机可以在水管两端产生不同的水位差，即大小不同的水压。同理，不同的电源可以在电路的两端产生大小不同的电压，为此，首先要确定电压的单位。在国际单位制里，电压的单位是伏特，简称伏(V)。此外，常用单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)等。介绍它们的换算关系。【板书】在国际单位制里，电压的单位是伏特(V)

看课本几种电压值的表：要求记住的电压值有： 一节干电池电压：1.5伏； 家庭电路的电压：220伏；

对人体安全的电压：不高于36伏。【练习题】

(1)电压使电路中形成______，______是提供电压的装置。(2)220伏=______千伏=______毫伏。

电压的测量教案 篇2

对未知电压, 原则上, 在不清楚线路具体情况时, 不允许贸然测量, 但在某些情况下, 如变电所保护屏、高压开关柜、仪表室等位置, 交、直流相互交错, 如果标识不清或缺少图纸, 则无法区分交、直流电压, 给故障判断、查找带来困难, 就不得不对未知电压进行测量。

测量未知电压, 可用万用表交流电压的最大挡测量, 再逐级减小量程, 直到测出读数。如果读数与理论值相差太大的话, 可能是直流电压。如误测直流220 V时, 常用的BM 9205型数字万用表交流电压挡也会有显示, 大概在10 V上下, 且不稳定。这时候可用直流电压的最大挡去测量, 再逐级减小量程, 直到测出读数。也可根据理论值, 用相应的直流电压挡去测量, 即会显示正确值。

从实际应用来看, 只要将数字万用表挡位调在交流电压最大挡就可以进行测量, 不管被测量的是交流电压还是直流电压, 对万用表都不会造成损害。需引起高度重视的是, 如果是交流电压, 误用数字万用表的直流电压挡去测量, 380/220 V电压下也常常会导致数字万用表烧毁报废。所以, 在不知道被测电压是直流还是交流的情况下, 先用交流电压挡去测量, 这样可以防止数字万用表烧坏。

电压的测量 篇3

关键词：电压；测量

中图分类号：TM835.1 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）05-0293-01

在测试各种各样的电子设备时，电压测量是不可缺少的。而电子设备的控制信号、反馈信号等信息也主要是由电压量来体现的。多种电子测量仪器基本是用电压表作为他们的指示装置或辅助监测装置。在电子领域中，最基本、最重要的参数就是电压。数字电压表出现在50年代初，60年代末发起来的电压测量仪表，简称DVM，目前实现电压数字化测量的方法仍然模数转换的方法。现在，大多数数字电压表最早是伺服步进电子管比较式，其优点是测量精度比较高，但采样有点慢，重量达数十公斤，体积大。而数字电压的种类比较多，有很多种型号，国际目前仍未有统一的分类方法。

在我们的平时生活里，数字电压表的分类基本都是按原理的不同来进行的，现在有以下几类：比较式，电压????——时间变换式，积分式等。

图1 图2

如图1直流电压的等效电路是用电压表测量，电压表接入时，因电压表内阻Ri与RL并联后的等效电阻值 R’L小于RL，所以UX比相应的真值UX0偏小，测量就会产生误差。电阻Ri越大，测量误差值相对越小。所以测量实际电压时电路要设计成输入阻抗比较高的电路的原因。

该电路图2是在已经设计好的直流电流测量电路的基础上增加整流电路和分压电路而形成，整流电路和分压电路从直流电流测量电路的0.25mA档接入，VD1为整流二极管，在输入交流电流进行半波整流的过程 ，续流二极管是VD2。分压电阻分别为R7、R8、R9。因为每个二极管整流效率有且不一样 ，因此并联一个分流电阻R10作为补偿在表头的两端。

直流电压是一种需要经常测量的物理量，直流电压的测量方法有直接测量法和间接测量法两大类。用直接测量法测量直流电压时，将直流电压表并联在电路两边的端点，若直流电压表的内阻为无穷大，则直流电压表的显示的就是被测电路两点间的电压的数值；间接测量法则是先测两端点对地的电位，再算出两点的电压差，差值就是要测的电压值。接下来我们就开始介绍几种常见测量直流电压和交流电压的方法：

一、直流电压的测量

（一）用模拟式万用表测量直流电流。

1.模拟式万用表的直流电流档一般由微安表头（40μA～100μA）并联组成的分流电，分流电阻可以通过并联扩大量程。此电流表的量程可以根据内阻的改变而改变，且量程和内阻成反比的关系。

2.测量直流电流的时候用模拟式万用表测量，电路是用万用表串联，所以影响电路的工作状态可能是万用表的内阻，测量的值就会出现差错，另一种原因也可能由于测量的量程不适用而烧毁万用表，所以，使用的时候不知道要测量的电流的大小，就该把直流电压档调到最大值，并注意万用表的极性，被测电路接入时，再根据被测电流的大小的值调整电流档，使被测电流的示数尽量大于满量程的2/3，以减小测量误差。

（二）用数字式万用表测量直流电流。

1.通过电流Ix经放大器放大后输出电压U0（U0=（1+R2/R3）RNXIX）就可以作为数字式电压表的输入电压来进行测量。并调节开关S1～S4变换不同的电阻，就可以得到不同的电流量程，量程越小的话，取样电阻就会越大，而输入到数字式电压表的电压基本不变。

2.应该注意的是，在使用时，当被测电路中串联数字式万用表时，取样电阻的值会影响被测电路的工作，并且会使测量产生一定的误差。

（三）用并联法测量直流电流。

1.在流表与被测电路中，电流表测量电流基本都会用到串联，但是，当被测电路的电流是一个恒流源的时候，而电流表的内阻又远小于被测电路中某一串联电阻时，电流表可以并联在这个电阻上测量电流。

2.这种不规范的测量时，一定要概念清楚，分析要正确，否则会造成三极管或电流表的损坏。

（四）用间接测量法测量直流电流。

1.在测量电路的一些支路的时候，断开回路后，串联电流表，并且接入电路中，一般都不怎么容易，而且会造成设备的损坏。这时，通过测量直流电压U的两端电阻，再由I=U/R欧姆定律求出被测的电流，此电阻R通常称作电流取样电阻。由于R的实际值和标称值会有误差的存在，所以测量误差比较大的电路的时候，基本用于估测调式电路。

2.当支路没有可利用的电阻时，也可以间接串入一个取样电阻来测量，取样电阻对被测电阻的影响越小越好，一般在1～10Ω之。

（五）用直流電子电压表测量直流电压。磁电式表头加装跟随器和直流放大器等各种电路组成的电子电压表，以提高直流电压表的输入阻抗和测量灵敏性，当需要测量高直流电压的情况下，在输入端组成的分压电路，且分压电路是用高阻抗电阻组成的。直流电压值的高电阻电路可用这种电子电压表测量。

二、交流电压的测量

电压的测量教案 篇4

1.三相负载的连接方式分星形连接(又称为“y”连接)或三角形连接(又称为“△”连接)。当三相负载进行星形连接时，线电压ul是相电压up的倍，线电流il等于相电流ip，即在这种情况下，流过中线的电流io=0，因此可以省去中线。

2.不对称三相负载进行星形连接时，必须采用三相四线制接法，即y0接法。其中，中线有其重要的作用，保证二相不对称负载的每相电压维持对称不变。倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，负载遭受损坏，而负载重的一相相电压又过低，负载不能正常工作。对于三相照明负载，要无条件的一律采用y0接法。

电压和电压表的使用教案 篇5

学习目标与考点分析

1、通过与水压的类比了解电压的概念，知道电源提供了电压。

2、通过观察、实验掌握电压表的正确使用规则，学会正确使用电压表，能正确读数。

学习内容与过程

引入： 演示“串并联电路连接实验”，提问“为什么取出干电池，小灯泡无法点亮?那么怎样才能使小灯泡持续点亮呢”引导学生提出“电路中形成持续的电流的原因”引入新课。

一、电压

1、思考：当我们闭合电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流．当我们取下电池，再闭合开关，灯泡不亮，说明电路中没有电流．在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么？

2、介绍水流的形成原因

3、强调：电路中电流的形成，是由于电路两端存在着电压，而电源的作用就好象水泵一样维持正负两极有一定的电压。电压是形成电流的原因。电压的符号用U表示．

在国际单位单位制中电压的单位是：“伏特”简称“伏”符号“ V” 常用单位：千伏（kV），毫伏（mV），微伏（μV）掌握其换算关系

4、一些常见的电压值:一节干电池电压1.5V;一节蓄电池电压2V;家庭电路的电压220V;人体安全电压36V。

二、电压表的使用

1、引导学生观察演示电压表，并思考回答下列问题： 电压表上有几个接线柱？“－”是公用接线柱，“3”或“15”是“＋”接线柱． 当使用“－”和“3”接线柱时，从表盘的下排刻线读数，量程是多大？最小刻度值是多少？ 使用“－”和“15”接线柱时，从表盘的上排刻度读数，量程是多大？最小刻度值是多少？

2、进行电压表的读数练习

3、电压表的使用方法 ： 1）、较零 2）、并联 3）、“正”入“负”出 4）、允许把电压表直接连到电源的两端（测电源电压）5）、被测电压不超出电压表量程

4、利用电压表测量电池组的电压。

结论：电压组的电压等于各干电池的电压之和。

三、串并联电路电压特点

1、串联电路电压特点：

（1）让学生预测课本图中两灯泡两端电压与总电压的差别？（2）怎样探究呢？请说出实验步骤并绘制表格（3）得出实验结论：U总= U1+U2 进一步的研究可以得到以下结论：串联电路两端的总电压等于各部分电路两端的电压之和。

2、并联电路电压特点：

实验：用电压表测电压物理教案 篇6

1、掌握电压表的使用.2、理解串联电路、并联电路的电压关系.能力目标：

培养学生观察能力、动手实验能力.情感目标：

培养认真细致的实验作风，实事求是的科学态度.教学建议 教材分析

从知识上看，这是一节探索性实验课，是电压、电压表知识的综合应用.通过该节课实验活动，进一步熟练掌握电压表的使用，对串联电路、并联电路有进一步认识，通过实验探究活动，发现串联电路、并联电路的电压关系.通过本节实验活动，达到培养学生探究意识、提高研究能力的目的.从技能上看，本实验要求学生独立地识别电路和组成电路，选择量程，进行接线操作，读取数据，完成正确使用电压表的各种技能训练.这些技能的训练，是初中电学实验共有的，它是电学实验的基础.从培养学生的科学态度和优良习惯来看，本实验是学生做的第二个实验，对实验数据的采取实事求是的态度，不草率，不弄虚作假；电路接线完毕，闭合开关之前，需要检查一遍电路；对没有把握的电路接通，应采用瞬时试触的办法等，都应该养成良好习惯.教法建议

本节课的任务很重，具有一定难度，在教学中要采取一些措施，进行突破和落实.一、课堂教学组织

1．做好组织工作.保持安静、有秩序的环境是商号实验课的必要条件.在学生进入实验室之前，应对实验提出明确具体的要求，使上课一开始，便有一个良好秩序的开端.实验小组人数不宜过多，应该使每个学生有尽可能的动手机会.2．对各小组的器材预先做好检查，要准备一些备用器材，使教师不至于忙于排除器材的故障，而影响对学生的指导作用.3．通过提问，对电压表的使用规则做一次简单回顾.4．在学生动手实验之前，教师要进行示范操作，以减少学生实验的盲目性.示范操作应做到：

（1）要提高示范操作的可见度，把所有器材都展示在竖直面上，是这些器材的布置、示范操作动作，都能被学生看的一清二楚.（2）教师的示范不是让学生照葫芦画瓢.教师走一步，学生跟一步的方法是不可取的，这无助于培养学生的能力.要把教师的示范操作，与理顺学生在实验中的思路、培养学生的能力、促进学生养成良好习惯等目的结合起来，让学生在完全领会的情况下，在独立地进行系统的操作.（3）教师的示范操作及讲解的内容，事先要有全面的设计.下面的内容可供参考.① 连线的先后次序；

② 接线的技能，即把松散的多股线用手指搓成一条，把线的端头沿顺时针方向绕在接线柱的螺丝上等等.③读数要客观（可把电压表读数按真实情况模拟放大，全班共同读数），当测出串联电路的总电压和各部分电压之和不严格相等时，要实事求是，可以告诉学生在误差允许范围内这是正常的，但不必介绍系统误差和偶然误差）；

④连线完毕，按接线的思路检查一遍电路，再闭合开关；

⑤对没有把握的电路，用试触的办法，试探接通电路；

⑥合理换用量程；

⑦正确选用“+”、“-”接线柱；

⑧实验结束后，整理好实验器材使其恢复原状.示凡是按实验步骤进行的，但应注意把以上有关知识、技能、非智力因素交叉融合在一起，穿插在各个有关的实验步骤中讲解，以求通过示范，达到清晰实验思路、规范实验操作、培养实验良好习惯等目的.二、实验顺序建议：

1．用电压表测一节干电池电压，两节干电池串联、并联的电压，把所测得的数据填入设计的表格中.2．分别按图1甲、乙、丙电路连接导线，每次检查无误后再闭合开关计下电压表的示数u1、u2、u.每次读数后都应及时断开开关，把所测得的数据填入设计的表格中.3．分别按图2甲、乙电路连接导线，每次检查无误后再闭合开关计下电压表的示数u1、u2.每次读数后都应及时断开开关，把所测得的数据填入设计的表格中.4．根据以上三次实验记录的数据，归纳出结论：

（1）串联电池组的电压等于各个电池的电压，并联电池组的总电压等于.（2）串联电路两端的总电压等于各部分电路电压.（3）并联电路中，各支路两端的电压.由于这是一节探索性实验课，要注意引导学生归纳实验结论.除此之外，对操作技能方面的情况，也要做一个小结；其中有属于科学态度和科学方法方面的问题，如实事求是、细心认真合坚持探索.讨论“想想议议”中的问题，可以巩固易学的知识（串联电路中的电压）.三个相同灯泡串联后，由于串联电路两端的总电压，等于串联的各段电路两端的电压之和，故每隔灯泡两端的电压只占总电压的1/3，加在灯泡两端的电压降低，达不到它们正常工作时的电压，因此灯泡会暗.教师课以演示用两节干电池串联成电池组，先后与一只、两只串联的和三只串联的“2.5v，0.3a”的小灯泡连接，观察它们亮度的变化，并分别测量它们的电压.教学设计方案 教学单元分析

本节教学重点是学生亲自动手连接电路、连接电压表、使用电压表测某段电路的电压，通过记录数据的分析，归纳出串联电路、并联电路的总电压与各部分电压关系.通过本节实验，培养学生实验技能，养成良好的实验习惯，培养学生分析归纳的能力.教学过程分析

电压的测量教案 篇7

高压直流输电的换流站在其换流过程中会产生大量谐波。大量谐波注入交直流网络,将会对电力系统自身的设备及负荷带来一系列危害: 直流输电闭锁、旋转电机和电容器等设备的附加谐波损耗和发热; 谐波谐振过电压造成电气元器件及设备的故障与损坏; 谐波会恶化换流器的工作条件,引起逆变器换相失败或换流器控制不稳定; 谐波计量产生错误; 谐波在200 ~ 35000Hz范围内,会对通信设备产生比较严重的干扰; 保护装置误动作[1]。因此,谐波分析与控制成为高压直流输电的基本问题。随着中国高压直流输电工程的增多,特别是特高压直流输电的投入运行,谐波问题越来越严重,曾导致直流系统的停运。所以,对直流系统而言,如何准确地测量和评估谐波水平成为重要的研究课题。

在直流输电系统中,直流电压互感器( DCVT)是非常重要的电压测量设备。依据DCVT不同的电压测量位置,可以分为中性线用和极线用直流电压互感器两种类型。相对于中性线用直流互感器,极线用直流电 压互感器 有较高的 工作电压 和准确度[2]。

分压器是DCVT的重要部分之一,按其测量原理可分为电阻 分压器、电容 分压器和 阻容分压器[3]。虽然电阻分压器可实现高精度测量[4],但其频率特性对杂散电容非常敏感。电容分压器的分压比会随着负载变化而变化,杂散电容对电容分压器的影响很小; 但由于寄生电感的存在,使电容分压器的分压比与电路参数有关,同时此分压比会随着被测信号频率的改变发生变化。阻容分压器将电阻分压器和电容分压器结合起来,它有良好的频率特性,在直流输电系统中是唯一用于电压测量的装置[2]。Erik Sperling在文献 [5]中指出,直流电阻分压器采用阻容分压的形式,拥有良好的频率响应,但没有考虑其他器件对整套电压互感器的影响。

本文针对极线用阻容式直流电压互感器,研究了其基本结构原理,分析各个环节的特性以及各参数对直流谐波电压测量误差的影响,通过仿真和实验分析指出了削弱误差的方法。

2 直流电压互感器结构原理

直流电压互感器的结构原理图如图1所示[6],其一般由一次传感器和二次直流放大及辅助装置两部分组成。一次传感器为直流阻容式分压器,由多级电阻和电容进行串并联构成。这些电阻由环氧树脂密封在真空的状态下,内部充满绝缘油或SF6气体,外部有复合绝缘子,其顶部安装均压环来均压。

直流分压器由高压和低压两部分集合而成。高压部分由一些电阻和电容先并联,然后再串联在一起组成。低压部分的设计原理与高压部分相似,并配有保护放电间隙保证低压回路的元件安全。分压器输出电压作为直流放大器的输入电压信号,经过放大后取得与被测直流电压成比例的电压输出,通过光纤送至控制保护屏柜内[6]。

分压器电阻部分的主要作用是测量直流电压,电容部分的主要作用是均匀分布雷电冲击电压。在雷电冲击情况下,受到寄生电容的影响,分压器电阻上的电压将不均匀地分布,靠近高压侧的电阻承受很高的冲击电压,这极有可能使单个电阻由于过电压而损坏,进而导致整个分压器的损坏。并联电容能够有效减小寄生电容的影响,使冲击电压分布均匀[2]。

由此可知,直流电压测量的准确性主要由电阻元件自身的特性所决定。电阻的阻值一般选得比较大,但选得太大将会削弱电阻的作用,使阻容分压器变成了电容分压器。电 阻应该具有温度系数小( 高、低压臂电阻的温度系数应相同) 、电感量小、在高电压作用下阻值稳定且能够耐高压和冲击电压等特点。

同轴电缆将分压器和电子隔离装置( 放置在控制室内) 连接起来,使分压器输出的低压测量信号传送到电子隔离装置,保证该信号不会受到电磁干扰和其他环境因素的影响。

3 各部分频率特性分析

3. 1 分压器

阻容分压器的结构如图1所示,其中R1为高压臂电阻,R2为低压臂电阻,与电容C1和C2并联组成RC网络实现分压功能。

复数传递函数H( jω) 为:

从式( 1) 可看出,在高频段下电容分压器主导着传递函数的幅值,而在低频段由电阻分压器主导。所以,当f = fx≠0 ( ωx= 2πfx) 时,选取合适的电容和电阻使ωxC2R2>> 1和ωxC1R1>> 1成立,这样在( fx,∞ ) 频段,阻容分压器变为电容分压器。

当式( 2) 所示条件满足时,传递函数为一个与频率无关的定值。

式( 2) 所以被称为补偿条件。从谐波角度讲,补偿条件满足时,分压器能够使被测电压中各种频率成分顺利通过。分压器不同补偿条件下的频率响应如图2所示。图2中,R1= 400MΩ,R2= 50kΩ,C1=400p F,若满足式( 2) ,则当C2= 3200n F时将得到平坦响应( a线) ; 若C2取8350n F[2]将使阻容分压器过度补偿( b线) ; 若C2取1950n F将使阻容分压器欠补偿( c线) 。

实际上,由于元件的非线性,如电阻和电容存在杂散电感等,式( 2) 中的条件很难得到,电压测量会有一定误差。

电压幅值相对误差为:

式中,U1和U2分别为在测量条件下的一次和二次电压; K为分压器的额定分压比。

假如二次电压相位超前一次电压相位,相位移计算的定义为:

3. 2 同轴电缆

一般的同轴电缆有四个参数,分别为电阻、电感、电容和电导,如图3所示。由于集肤效应,随着频率的增加电阻的阻值会增加,而电感值将下降。在频率依赖性的介电损耗的影响下,电导值将变化。只有电容值不是频率依赖性的[7]。为了保证同轴电缆的传输特性,运行中的频宽不能超过它自己的截止频率fc,其表达式为:

式中,Di、da分别为电缆的内径与外径( mm) ; vr为相对传播速率( % ) 。

图3中,Rc、Lc、Gc、Cc分别为同轴电缆单位长度的电阻、电感、电导、电容; ZL是负载阻抗。U1和U2的传递函数为:

式中,Zc为特征阻抗; γ为传播常数; l为电缆的长度。

另外电压反射系数( Γ ) 也是同轴电缆的重要参数之一,其表达式为:

如果式( 9) 中满足ZL= Zc,则电缆末端的负载就是匹配负载,功率在电缆上实现无损传输,同轴电缆的传递函数只取决于电缆自身参数。同轴电缆的频率响应如图4所示,当ZL< Zc时电缆频率响应不是很好。实际上,选取的ZL比Zc大得多。

3. 3 电子隔离装置

为了提高测量的精度,被测量的输入信号需要先通过一个低通抗混叠滤波器来滤除噪声的影响,其截止频率设为1 /3倍采样频率。之后,再通过模拟-数字转换、低通滤波器等来滤除大于1 /2采样频率的信号,取得与输入信号成比例的输出信号,作为控制保护和测量系统所需要的信号。光耦合器在A / D转换与D / A转换之间,使输入 ( A / D输出) 和输出( D/A输入) 两端实现绝缘和隔离,无反馈作用,信号只能从输入单向传输到输出,具有抗扰能力强、响应速度快、工作稳定可靠等优点[8]。另外,分压器输出电压作为直流放大器输入信号,经过放大后取得与输入信号电压成比例的输出电压信号。可以认为整个电路建立了一个电子光耦合隔离放大器。

一般来说,现在使用的直接AD转换器( ADC)技术已经比较成熟和完善,转换精度不受系统谐波分量变化及频 率波动的 影响,采样方法 相对可靠[9]。

一般DAC均有“保持”输出,这就意味着当接收新的数字采样时,DAC输出会立即变为相应的新值并保持不变,直到下一个采样到来为止。这会导致阶梯型的输出并引起非平坦的频率响应,即响应下降问题。此外,作为DAC输入信号的ADC输出信号是有限数目的样本,信号的样本越少响应下降问题越严重。可以同时采用数字滤波器和模拟滤波器来减少这个影响[10]。

典型光耦合器输入部分是砷化镓红外发光二极管( LED) ,输出部分是硅光电三极管( OPT) ,如图5所示。光耦合器的参数可分为输入参数、输出参数和传输参数。其中,传输参数为电流传输比CTR,指在直流工作状态下,光耦合器的输出电流IC与输入电流IF之比值,即:

光耦合器的频率特性由最高工作频率f0表征,它受发光二极管的频率响应、光电三极管的入射光信号的响应速度、LED与OPT之间的寄生电容等因素的影响。光电耦合器输出电流与输入电流交流传输比为[11]:

f0可由测试光电耦合器对脉冲信号的响应时间获得,其公式为:

式中,tr为脉冲信号响应的上升时间。

从式( 12) 可以看出,tr越小f0越大。在实际应用中,通过选择适合放大器( 集合光耦合) 电路元件的参数可得到较宽的频带[11]。

4 DCVT 频响与影响因素的分析

由第3节可知,对于互感器频率特性的影响,阻容式分压器占主导地位,在一定条件下电阻或电容起决定作用。每个电阻自身都存在杂散电容和杂散电感,这种非线性特征会使电阻在一定的频率下出现谐振现象。但电阻并联电容时,电阻的纵向杂散电容比并联电容小很多,可以忽略不计,只考虑对地杂散电容。另一方面,分压器在运行过程中往往会产生参数偏差,影响到测量精度。下面分析该参数偏差如何影响测量精度。

4. 1 电阻杂散电感的影响

考虑到杂散电感的影响,电阻并联电容的结构变成了电阻先串联杂散电感然后再并联电容。这样结构的有效串联阻抗如下:

可以看出,当ω << ωr,阻抗Z显示电容性。在比ωr更高的频段,电感L很小,可以忽略不计。

4. 2 分压器的对地杂散电容的影响

分压器的各电阻元件都会有对地杂散电容和纵向杂散电容[12],其中纵向杂散电容比并联电阻的电容小很多,可忽略不计。假定分压器电阻和对地杂散电容是沿分压器均匀分布的,分压器的等值电路采用分布电路的模型,如图6所示。

图6中,分压器的总长度为l,低压臂离接地点距离为x,总电阻为R = R0l( R = R1+ R2) ,对地杂散总电容Ce= Ce0l,并联电阻的总电容为C =C0/ l( C = C1+ C2) ; 它们对应的单位长度上的数值为R0、Ce0、C0。R1、R2、C1、C2分别为高压臂和低压臂的电阻和电容。

根据加在高压端的电压U1得出在x( x /l =R2/ R) 处的电压为:

式中

由式( 14) 和式( 15) 可见,如果总电阻和总并联电阻的电容已知,当频率ω、对地杂散电容增加时,分压器的分压比误差将增大。

仿真结果如图7所示。可以看出,Ce越大对频率特性的影响越明显。为了克服Ce的影响可选择适合的并联电容,并联电容选得越大,对Ce的控制效果越好。实际上,低压臂并联电容C2比高压臂并联电容C1大得多,所以调整C2将会有较明显的效果。

4. 3 影响测量误差的因素分析

分压器的测量误差问题主要由系统频率偏差、电阻值偏差和电容值偏差引起。电阻和电容并非恒定值,而是受很多因素影响,它们在生产过程中产生的误差值将会引入测量误差。电阻值的偏差和电容值的偏差表示如下:

式中,R0和C0是电阻和电容额定值; ΔR和ΔC是电阻和电容的偏差度( % ) 。

另外,在实际运行过程中,电阻值和电容值随环境温度的变化 而改变,从而影响 互感器的 稳定性[13]。环境温度对电阻和电容的影响表示为:

式中,αr和αc分别为电 阻和电容 的温度系 数( ppm/℃) ; Δt为环境温度变化( ℃) 。

分压器的高压臂电阻( R1) 、低压臂电阻( R2) 应该选取具有 较高精度 和较小温 度系数的 电阻[8,14,15]。在测量直流电压时,分压器由电阻部分起决定作用。如能使R1和R2的温度系数或者精度近似相等,则分压比误差可减小甚至抵消。分压器在高频段由电容起决定作用,电容值取决于温度和精度。从式( 16) ~ 式( 19) 可见电阻、电容的偏差值和温度对测量误差影响的机理相同,所以下面的分析中将参数值误差通过温度偏差值进行分析。另一方面,通常电力系统在运行过程中的频率最大变化范围为Δω = ±1% ,频率的变化也将引起电容值的偏差,带来测量误差。

在恒定的温度和稳定的频率条件下,分压器的分压比为:

式中,δr1( 2)= 1 + ΔR1( 2)/100, δc1( 2)= 1 +ΔC1( 2)/100; 下标1、2分别代表高压臂和低压臂的相应参数。

考虑频率偏差( Δω) 时,分压器的分压比为:

式中,ω0为额定频率; δω= 1 + Δω /100。

使用Monte Carlo分析法分 析式 ( 20 ) 和式( 21) ,电阻的精度为±1% ,电容的精度为±5% ,频率偏差为±1% ,仿真结果如图8所示。

从图8( a) 可以看出,在低频段分压器的分压比由电阻部分主导,电容的影响很小,这使得分压比误差在±2% 范围内。如果电阻精度达到±0. 1% ,将使测量误差在±0. 2% 范围内,但如果频率偏离额定值将会使误差超过此范围,如图8( b) 所示。在高频段,电容的影响越来越明显,但不会超过电容精度的两倍,如图8( c) 所示。总之,可以通过选取精密的电阻和电容来减少分压器的电压测量误差,增大互感器的测量准确度。

4. 4 实验结果与分析

阻容分压器的实验电路如图9所示。图中,R1和R2分别为高、低压臂电阻,C1和C2分别为高、低压臂电容,RL为同轴电缆末端的匹配电阻。在实验室的条件下,使用单相变频电源产生0. 1Hz ~ 10k Hz的10V正弦电压信号作为输入。输出电压通过示波器测量,结果如图10和图11所示。

由图10和图11可知,分压器的频率响应良好,频宽达到10k Hz,电压幅值误差在±0. 2% 范围之内。综上所述,阻容分压器可用于谐波测量。

5 结论

电压的测量教案 篇8

【摘 要】在单相桥式整流滤波电路的功率因数测量中，使用电压、电流的相位差来计算功率因数，实际上电压、电流的波形通过桥式整流滤波电路后并不是完整的正弦波，计算出来的功率因数存在误差。本文介绍一种基于电压与电流中心测量功率因数的测量方法，即使电压、电流波形畸形，零点到电压、电流中心的位置是始终不变的。

【关键词】功率因数 电压电流中心 测量方法 整流滤波

一、引言

随着理论的发展和技术的进步，人们对电气设备使用交流电源的效果更加关注，为了表征交流电源的利用率，在电工学中引入了功率因数PF（Power Factor）这个术语。目前，众多产品的电源模块使用桥式整流滤波电路，虽然交流输入电压基本上未出现波形失真，但是随着接入负载，电流的波形却不能保持正弦波形，而是呈现不连续的峰值较高的脉冲。电压、电流的波形再经过零比较器转成一定幅值的方波，但实际上电流方波在一个周期内出现了多次的波形畸形，导致在测量电压、电流的波形之间的相位差存在较大的误差。所以本文着重介绍基于电压、电流中心测量功率因数的方法。

二、传统测量方法的缺点

桥式整流滤波电路，在实际应用中电路图如图1所示。

图1桥式整流滤波电路

在分析桥式整流滤波电路，由于二极管在正向导通压降，电压的正半周的时候，电流在电压大于0.7V才形成波形。

桥式整流滤波电路在带上负载的电压、电流波形如图2所示。

图2电压、电流波形

从上图的波形图可以看出，波形较为正弦波的为电压通过桥式整流滤波电路后的波形，波形出现上下尖峰脉冲的为电流通过桥式整流滤波电路后的波形，其中电压的波形幅值略小于电流波形幅值，通过调节后级波形整形电路可实现电压、电流波形的幅值相等。

但是进入单片机IO口的波形需要再经过由运放组成的整形电路，通过运放构成的电路不仅只实现波形的整形，而且还需电平匹配转换。本文中使用到的单片机是STC12C5A60S2，工作电压为+5V，则波形转化输出后波形的峰峰值为5V。电压、电流波形整形后如图3所示。

图3 电压、电流波形整形

从图3可以看出：

占空比为50%的方波——电压波形。

高电平期间多出一个小方波——电流波形。

使用测量电压、电流的相位角，进而通过相位角计算功率因数。测量电压、电流的相位角，可以通过测量电压、电流的上升沿或者下降沿之间的时间差值，从而计算出相位角度￥。因为电流的波形在高电平期间多出一个小方波，导致测量电压、电流下降沿之间的时间存在很大的测量误差，测量的误差为小方波的周期时间。

所以这并不是我们都期望得到的测量值，实际上期望所得到的理想波形如图4所示。

图4 电压、电流理想波形

对比图3、图4可知，图4的理想波形通过微处理器计算电压、电流的两个下降沿的时间t，整个波形的周期为T=50ms，一个周期内为2π，通过公式计算出相位差￥，在计算相位差的余弦函数，即可得到功率因数。但实际上并不是这样，从图3分析可以得出电压的一个正半周的时间电流波形出现了两次下降沿的跳变，所以实际测量的功率因数存在較大的误差。

三、电压、电流中心测量方法

通过如上的分析可以得知，电流的波形不是完整的正弦波，所以导致测量的误差。在通过波形的整形电路，将电压、电流中心波形如图5所示。

图5 电压、电流中心波形

从图中可以得出，功率因数的变化直接最直观的表现就是电流的低电平的宽度的变宽。将单个下降沿的波形进行放大，详情地分析电压、电流测量方法。电压、电流中心测量方法图6所示。

图6 电压、电流中心测量方法

电压、电流中心测量方法也是基于测量电压、电流的相位角，电压、电流相位时间差值，比上一种测量方式更加精准。电压、电流的中心是固定不变的，其从零点到电压、电流中心的时间是电压或者电流周期的四分之一，时间为5ms，从而只需要测量电流低电平的宽度，即可计算出电压、电流的相位时间差值。如测量出电流的低电平宽度为t，相位时间差值为ΔT=T/4-t/2。

功率因数是交流电路中电压与电流之间的相位差的余弦。由于已知交流电频率f和周期T，因此功率因数可以根据电压与电流之间相位差对应的时间差t计算求得。其计算公式为：

周期 （1）

相位差 （2）

功率因数 = （3）

四、结语

本文阐述了一种基于电压与电流中心测量功率因数的检测方法，从实际理论分析，根据实际的电路得出的波形图，进行详细的分析、研究，最终得到完整理想的电压、电流中心波形图，证实基于电压与电流中心测量功率因数的检测方法是可行的，为嵌入系统计算提供了强有力的基础。

【参考文献】

[1]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] Jai P. A grawal. Power Elect ronic Systems Theo ry and Desigin. Beijing[M]. T singhua U niversity P ress， 2001.

[3]范蟠果，孙卓.基于瞬时无功功率理论的单相电路功率因数测量方法[J].测控技术，2000，19（07）：63-64.

[4]李慧英，张希文，陶时澍.虚拟仪器下的相位测量方法[J].电测与仪表，1996（07）：25-27.

[5] 顾桂梅.接触网功率因数的改善及测量方法的研究[J].自动化技术与应用，2007，26（03）：102-104，110.

[6]叶林，周弘，张洪，等.相位差的几种测量方法和测量精度分析[J].电测与仪表，2006，43（04）：11-14.

九年级电压教案 篇9

教学目标：

1、知道电压的作用，知道电源是提供电压的装置。

2、知道电压的单位。能对电压的不同单位进行变换。

3、记住干电池、家庭电路等的电压值。

4、知道电压表是测量电路两端电压的仪表和电压表在电路中的符号。

5、能正确读出电压表的示数。

6、知道正确使用电压表的规则，会将电压表接到被测电路的两端测电压。教学重点：使学生形成电压概念，理解电压作用，正确使用电压表的规则。教学难点：理解电流的形成，会用电压表测出被测电压

教学用具： 电源(或干电池)，一只学生电压表，小灯泡，一个开关，导线若干。教学过程：

一、设疑自探

1、创设情景，引入新课：

演示：闭合示教板上电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流。

提问：电流是怎样形成的？

取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。

提出问题：在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么 板书课题： 第十六章 第一节 电压

2、学生设疑：关于 电压，你想知道什么，请大胆提出来。问题举例：（1）什么是电压？

（2）电源的的作用是什么？

（3）一段电路中有持续电流的条件是什么？（4）电压的单位是什么？

（5）测量电压的仪器是什么？怎样连接电压表？

3、学生自学教材，独立完成上述问题，并在教材上做好圈画标注，不能解决的问题，小组讨论时解决。

二、解疑合探

活动形式：组内交流、合作、实验操作展示、评价、教师点拨；检测。知识点一：电压使电路中形成了电流。

用水压形成水流来类比电压形成电流。电源的正极聚集有大量的上电荷，负极聚集有大量的负电荷，在电源的正、负极之间就产生了电压。这个电压使电路中电荷发生定向流动，就形成了电流。

知识点二： 电源是提供电压的装置。

电路中要有持续电流的条件：电源，电路应是通路。知识点三：电压（U）的单位。国际单位：伏特（伏）V 常用单位：千伏（kV），毫伏（mV），微伏（uV）。知识点四：常见的电压值。

（1）一节干电池：1.5V。

（2）一节铅蓄电池：2V。

（3）安全电压：不高于36V。（4）家庭照明电压：220V。（5）工业电压380V 知识点五：测量电压的仪器是电压表，1．电压表的结构：

电压表的外形，符号，接线柱，量程：0－3V，0－15V。2．读数：

（1）认清所接量程。

（2）认清最小电压值。0－3V每小格0.1V，0－15V每小格0.5V。（3）检查写单位。3．练习读数。（实物讨论）4．电压表的使用：（实物讲解）（1）电压表要并联在电路中。

（2）“＋”“－”接线柱的接法要正确。（3）被测电压不要超过电压表的量程。

三、质疑再探

1、通过本节知识的学习，你还有哪些问题，请提出来，我们共同解决。

2、教师质疑：

（1）为什么电压表可以直接接在电源的两端？

（2）再不能确定所测电压大小的情况下，如何选择量程？

四、运用拓展

1、请你根据本节的学习内容，用适当的题型编1~2道练习题，考考你小组的同学。而后将你认为特别好的题目，推荐给全班同学，与大家共享。

2、教师拟题：

一、填空题

1．电压的作用是使______定向移动形成______的原因．

2．两节干电池串联起来的电压是______V；家庭电路的电压是______V；不高于______V的电压是安全的．

3．完成下列单位换算：①5000V=______kV=______mV．②22kV=______V=______mV．

4．测量电压使用______，必须把它______接在要测量的那部分电路两端，使用时必须把电压表的“+”接线柱跟靠近电源______极端，还要注意所测的电压不得超过它的______．

6．在图1所示的电路中，电压表(V1)是测量_____两端的电压，电压表(V2)是测量______两端的电压．

二、选择题

7．图2所示的电路中，当闭合开关S后，电压表的示数表示 [ ] A．L1两端的电压 B．L2两端的电压 C．电源电压 D．L2和电源电压

8．用电压表测灯L1两端的电压，如图3所示四个电路图中，正确的是 [ ]

9．图9是利用电压表测量并联电路电压的三种接法，下列说法正确的是 [ ]

A．(a)(b)的测量结果之和等于(c)的测量结果 B．三种接法的测量结果是一样的 C．三种接法的测量结果都不相同 D．只有(a)、(b)两种接法的测量结果相同

课堂小结：

1、通过本节课的学习，请同学们谈谈你在知识与能力、学习方法等方面的收获。

2、学科班长评价本节课的活动情况。布置作业：

1、复习课文，填写教科书练习。

2、观察了解你家中各种用电器的电压(但要注意安全)。板书设计：

一、电压

二、电压表

1、什么是电压？

1、电压表的结构

12、电源的作用？ 符号 接线柱 量程

23、电压的单位？

2、电压表的读数

34、常见的一些电压值 分度值 读书

教学反思：

电压教案 篇10

因为有电流通过。

电流是怎样形成的呢？

自由电荷定向移动形成电流。

怎样才能使自由电荷在电路中作持续不断地定向移动呢？

必须有电压。

(二)新课教学

1．为了使学生易于理解电压，先了解水压的作用。

取两个底部用乳胶管相连的玻璃瓶A、B，内装一定量的水，用支架固定，使A瓶中水位比B瓶水位高得多。同时教师在黑板上画图，并启发学生，边观察、边思考，并在原图上根据需要逐步添画，最后完成的图如图1所示。

这套装置的名称是什么？

连通器。

若把阀门K打开会有什么现象？

水由A流向B。

是什么原因使水由A流向B？

因为两瓶水位不同，hAC＞hBD，有高度差。(1)任取一液片E受到的压强PA＞PB，在压强差PA-PB的作用下，小液片E向D移动，所以整个装置中形成由A向B的水流。若在F处装一架小水轮机，则水流对水轮机做功使它转动。但水流无法持久工作下去。当A、B两液面高度相同时，水流停止，水轮机也停止转动。这是因为压强差消失，水位差不存在了。

为了保持它的压强差(即水位差的存在)怎么办？

可以在A、B间装置一架小水泵P，不断地把B中的水抽向A中，保持A、B间的水位差。这样小水轮机F就可连续转动。它们之间的水压形成持续不断的水流。

由式可见：水压使水产生定向移动，形成水流，而流动的水可以做功。

2．电压形成了电流

演示：取一个伏打电池，把它的两个极板分别与小灯泡相连，当开关闭合，小电珠发光。表明有电流通过。

演示后，教师边讲、边画。最后板书。

伏打电池的正极A板(铜板)聚集有大量的正电荷，它是高电位。负极B板(锌板)聚有大量负电荷，它是低电位，A、B两板间存在有电位差，即电压。这个电压使得正电荷由正极向负极移动，负电荷由负极向正极移动(金属导体则属于后一种情况)。这样电路中的自由电荷由B向A作定向移动形成电流，小灯泡发光(电流做了功)。如果负极锌板上的多余的自由电子全部移到了正极铜板上和正电荷中和完毕，电路中就不再有电流了，小灯泡也停止发光。但是电池中的化学物质发生化学反应，使正极、负极各自始终保持有大量的正电荷及负电荷，使电路两端始终有一定的电压，电路中就有了持续电流存在。所以电源是提供电压的装置。它们之间的关系是：电源保持(提供)了电压，电压形成了电流。

由此可知，电压是使自由电荷作定向移动形成电流的原因，电源则是提供电压的装置。

3．电压的单位

不同的水泵可以使水管两端产生不同的水压，不同的电源在电路两端产生的电压也不相同。

电压用U表示

电压的单位是伏特，用V表示，简称伏。另有比伏特大或小的单位，它们的关系是：

1千伏(kV)=1000伏(V)

1伏(V)=1000毫伏(mV)

1毫伏(mV)=1000微伏(μV)

需熟记的有几种电压：

1节干电池电压为1.5V，一个蓄电池电压为2V，照明电路电压为220V，对人体安全的电压不超过36V。

其他见教科书第75页图6-4。

(三)巩固新课

提问：电压的作用是什么？单位是什么？

(四)布置作业

1．复习课文，填写教科书第75页练习。

电压的测量教案 篇11

关键词：单片机,电压测量,A/D转换,ADC0809

1、引言

以单片机为核心构成的测控系统, 是单片机诸多应用中最为广泛的用途之一。当单片机用作测控系统时, 系统要有被测信号量的输入通道。输入通道一般由信号处理、模拟开关、放大、采样-保持及A/D转换电路等组成, 而A/D转换是测控系统中的一个重要环节。因此, 本文就模拟量输入通道中的A/D转换部分作一探讨, 图1为模拟量输入通道的基本组成模块图。

2、系统组成

本文介绍的单片机控制的模拟电压采样测量系统, 主要由四个部分组成:MCS-51单片机、A/D转换电路、A/D转换接口控制电路及LED显示电路等, 系统组成框图如图2所示。系统按测量范围0~5V、3位LED数码显示的模式设计。

LED显示电路由8段式LED数码显示器、串行输入/并行输出移位寄存器74HC595、双向缓冲/驱动器74HC245等组成。该显示电路可显示3位数字, 其中, 最高位是整数位, 显示"0"~"5", 其余2位是小数位, 显示"0"~"9", 显示内容为:×.×× (V) 。

A/D转换接口控制电路由二输入四或非门74HC02、六非门74HC04等组成。它为A/D转换器提供必要的时序信号, 如A/D转换启动信号START、多路模拟信号的通道地址锁存信号ALE、A/D转换结束信号EOC、三态输出锁存缓冲器输出允许信号OE等等, 并在转换结束后向单片机发出控制信号, 以便单片机能够及时读取转换结果, 同时驱动LED显示电路更新显示数据。

A/D转换电路由8位A/D转换器ADC0809及相关的外围电路组成。

3、ADC0809介绍

3.1 ADC0809的结构与组成

ADC0809是一种8路模拟输入、逐次逼近式A/D转换器, 它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、8位A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成, 其转换结果为8位二进制数。ADC0809的内部结构框图见图3。

3.2 ADC0809的工作时序

ADC0809通过其内部的模拟开关切换, 分时处理8路模拟量输入信号。在某一时刻, 模拟开关只能接通一路模拟量通道, 之后, A/D转换器对该通道的模拟量进行转换。图3中C、B、A是三条通道的地址线。当地址锁存信号ALE为高电平时, C、B、A三条线上的数据送入ADC0809内部的地址锁存器中, 经过译码器译码后选中某一通道。当ALE为低电平时, 地址锁存器处于锁存状态, 在此状态下, 模拟开关始终与刚才选中的输入通道接通。

转换启动信号START的上升沿将ADC0809复位。当被选中通道的模拟量到达A/D转换器时, A/D转换器并未对其进行转换, 只有当转换启动信号START出现下降沿并经延迟后, 才会启动转换器进行A/D转换。ADC0809的A/D转换过程是在时钟信号的协调下进行的, ADC0809的时钟信号由CLOCK端送入, 时钟频率的典型值为640KHz, 在这个频率下, ADC0809的A/D转换时间约为100?s。由于ADC0809片内没有时钟, 因此, 当ADC0809用于MCS-51单片机系统时, ADC0809的时钟信号可由MCS-51单片机的地址锁存允许信号ALE经过一个二分频电路获得。一般情况下, ALE信号在每个机器周期出现两次, 因而其频率是MCS-51单片机时钟频率的1/6。若MCS-51单片机采用6MHz的晶振, 则ALE信号的输出频率为1MHz, 再经二分频后为500KHz, 这个频率符合ADC0809对时钟频率的要求。此时, ADC0809的A/D转换时间约为130?s。然而, 要注意的是:每当MCS-51单片机的CPU访问外部数据存储器时, 即执行MOVX指令时, ALE信号在每个机器周期仅出现一次。但在应用要求不高的场合下, ALE信号分频后仍可用作ADC0809的时钟信号, 以简化系统的硬件设计。

A/D转换结束后, 转换结果送到三态输出锁存缓冲器中。此时, A/D转换结果还没有出现在数据总线DB0~DB7上, 单片机尚未获取到A/D转换结果。单片机想要得到A/D转换的结果, 必须使ADC0809的输出允许控制端OE为高电平, 使三态输出锁存缓冲器打开, A/D转换结果才会出现在数据总线DB0~DB7上。

EOC为转换结束信号。在A/D转换期间, EOC维持低电平, 当A/D转换结束时, EOC变成高电平。

3.3 MCS-51单片机读取ADC0809转换结果的方法

MCS-51单片机读取ADC0809转换结果可采用三种方式:延时等待方式、查询方式、中断方式。

(1) 延时等待方式:单片机启动ADC0809后延时130?s以上, 可以读到正确的A/D转换结果。

(2) 查询方式:EOC必须接到MCS-51单片机的一条I/O口线上。单片机启动ADC0809后检测EOC, 若EOC=0, 则A/D转换没有结束, 继续检测;当EOC=1时, A/D转换已经结束, 单片机便可读取A/D转换结果。

(3) 中断方式:MCS-51单片机的外部中断触发方式有电平触发和负跳变触发两种。由于跳变触发方式下, 不存在外部中断请求信号必需撤消的问题, 所以, 实际应用中通常采用跳变触发方式。在此方式下, EOC必须经过一个反向器接到MCS-51单片机的中断请求输入端INT0或INT1上。单片机启动A/D转换后可以做其它工作, 当A/D转换结束时, EOC端的信号产生了一个由低到高的正跳变, 经反向器传输到INT0或INT1端, MCS-51单片机便收到了这个中断请求信号。若此时MCS-51单片机的CPU处于开中断状态, 并且允许INT0或INT1中断, 又没有高一级的或同一级的其他中断正在服务, 则CPU立即执行INT0或INT1的中断服务程序, 在中断服务程序中读取A/D转换结果。

4. 系统组成原理

本文介绍的单片机控制的模拟电压采样测量系统, 按测量范围0~5V、3位LED数码显示的模式设计:最高位是整数位, 51个量化单位是一个进位, 显示"0"~"5";中间位是小数点后的第一位, 5个量化单位是一个进位, 显示"0"~"9";最低位是小数点后的第二位, 0.5个量化单位是一个进位, 显示"0"~"9"。转换后的数字信号幅度为00H~FFH, 模拟信号幅度为0~5V, 当数字信号为00H时显示0.00V, 当数字信号为FFH时显示5.00V。

图4给出的是系统组成原理图。如前所述, ADC0809内有三态输出锁存缓冲器, 因此, 它的数据输出端D7~D0可直接与MCS-51单片机的数据总线P0.7~P0.0相连;通道地址输入端C、B、A分别与单片机的地址总线的低三位A2~A0相连, 以选通ADC0809的8个通道中的一个;ADC0809的ALE与START连在一起, 则在锁存通道地址的同时便启动转换开始。由于ADC0809没有片选信号, 任一时刻, 只要START有效, ADC0809就立即启动转换。为了有效控制转换的进行, 本系统将MCS-51单片机地址总线的最高位A15即P2.7作为片选信号。ADC0809的地址锁存和转换启动信号由片选信号P2.7与写信号WR共同控制, 而三态输出锁存缓冲器输出允许控制信号OE由片选信号P2.7与读信号RD共同控制, 以实现A/D转换结果的获取。由此可知, ADC0809的8个通道地址为7FF8H~7FFFH。

5. LED显示电路

5.1电路组成原理

将MCS-51单片机的串行口设定为工作方式0, 再外接移位寄存器, 就可以使串行口扩展为并行口, 进而控制LED数码显示器的显示。在图4中, 串行口控制寄存器SCON的各位均复位, 此时的串行口工作于方式0, RXD为数据输出端, TXD为移位脉冲输出端。74HC595为8位串行输入/并行输出的移位寄存器。在移位脉冲SRCLK的作用下, SER端的串行数据进入移位寄存器的Q0端, 此后Q0→Q1→Q2→……Q7→Q7', 逐位移出。Q7'为串行输出端, 用于多个移位寄存器的级连。当在RCLK端输入了一个正跳变的锁存控制信号, 并且在OE端输入了一个输出允许信号 (图中的OE端接地, 即OE始终有效) , 移位寄存器中的数据从Q0~Q7上并行输出, 从而实现了串行口到并行口的扩展。图4中用了3块74HC595级连, 构成24位并行输出电路。当MCS-51单片机从RXD端连续送出24位串行数据后, 利用一根I/O口线 (如P3.4) 送出锁存控制信号RCLK, 就可以使24位并行数据从3片74HC595上同时输出, 驱动3块LED数码显示器显示数据。

5.2 74HC595介绍

74HC595内含一个8位的串行输入、并行输出的移位寄存器, 该移位寄存器的内容输出到一个8位的具有并行三态、总线驱动输出锁存的D存储寄存器。两个独立的时钟信号 (SRCLK和RCLK) 分别都提供给移位寄存器和D存储寄存器。移位寄存器含有一个不考虑结果的直接清0输入端 (SRCLR) 、一个串行输入端 (SER) 以及一个用于级连的串行输出端 (Q7') 。任何时刻, 只要输出使能端 (OE) 的输入信号为低电平, 存储寄存器中的数据就会出现在输出端 (Q0~Q7) 。当输出使能端 (OE) 的输入信号为高电平时, 输出就呈高阻态。

74HC595的引脚排列如图5所示, 其引脚说明见表1。

6. A/D转换程序

根据图4所示的系统组成原理编制A/D转换程序, 程序中主要实现了:设置AT89C51串行口的工作方式、选择ADC0809的通道、启动A/D转换、采用中断方式读取A/D转换结果, 经二-十进制转换后送到LED显示。A/D转换程序如下:

7. 结束语

逐次逼近式A/D转换器较好的兼顾了转换精度和转换速度这两项重要的性能指标, 而ADC0809是8通道、8位逐次逼近式A/D转换器, 同时, 由于其价格低廉、与单片机接口方便等优点, 使得ADC0809在8位单片机测控系统中有着广泛的应用。本系统已应用在某电子高级工考工培训项目中, 取得了良好的效果。

参考文献

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[2].邹丽新翁桂荣《单片微型计算机原理》苏州大学出版社, 2001

[3].邹丽新翁桂荣《单片微型计算机接口技术》苏州大学出版社, 2002

[4].徐惠民安德宁《单片微型计算机原理、接口及应用》北京邮电大学出版社, 2000

[5].肖金球《单片机原理与接口技术》清华大学出版社, 2004