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数字电压表范文1
[关键词]单片机 数字电压表 电路设计 AT89C51芯片
中图分类号:TH136 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)10-0012-02
数字电压表,是采用数字化测量技术,把连续的模拟量(直流输入电压)转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低,不能满足数字化时代的需求,采用单片机的数字电压表,由精度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便,还可与PC进行实时通信。目前,由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表,已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域,示出强大的生命力。与此同时,由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表,也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。
本次设计系统是以AT89C51单片机为核心,辅以简单的控制电路,设计了一种切换量程的数字电压表。系统中,模拟电压信号由A/D转换器TLC2543采集,以数字信号的方式传给单片机进行处理,并加以控制。控制系统包含硬件和软件两部分。硬件部分包括:单片机最小系统、电压采集电路、量程控制电路、电压显示电路以及其他一些接口电路。软件部分包括:主程序的流程设计,其涵盖了电压采集子程序、字符转换子程序、LCD液晶显示子程序等,这些子函数都体现出系统软件设计模块化的结构特点。通过单片机对信号处理并加以适当的算法控制,从而驱动相应的硬件电路,实现电压控制的目的。
系统硬件结构:
系统是以AT89C51单片机作为主控器,通过扩展必要的接口电路,包括电压采集、输入和输出、电压的量程控制、显示等电路,实现数字电压表的系统化设计。其系统结构框图如下图1所示:
本次设计主要由单片机模块、电压输入模块、A/D转换模块、量程控制模块、液晶显示模块等5部分组成。A/D模拟转换芯片将直流电压模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号,写入单片机中。以AT89C51单片机为控制核心,通过A/D转换电路来将模拟信号转换成数字信号,通过电阻的改变来切换量程的改变,从而实现不同电压量程的切换。它的最高量程为200V,分三个档位量程,即2V,20V,200V,可以通过调档开关来实现各个档位。当测得电压的数值小于1V时,系统会自动的将电压数值转换为以mV为电压单位的电压值。并且通过按键的方法能够测得后五秒的平均电压值。
系统主程序的设计:
系统主程序的主要功能是负责电压采集、处理、显示三部分,本次设计主要包括以下方面:
1、按照硬件电路对单片机位定义。
2、编写延时模块子程序。
3、编写液晶显示器1602的初始化子程序。
4、编写驱动1602液晶显示模块程序。
5、编写驱动A/D转换模块程序。
6、编写A/D转换后对电压的处理函数子程序
7、编写键盘扫描模块程序。
其程序设计流程图2如下所示:
系统经过复位后,先对单片机、模/数(A/D)转换器、液晶显示屏LCD1602等进行初始化,初始化完成后通过输入电路给数字电压表输入模拟电压,在电压测量过程中,先通过滑动变阻器来控制输入信号的衰减率、通过按钮来选择不同的档位,然后调用A/D转换子函数,并对模/数转换的结果进行简单的处理,最后通过液晶屏LCD1602进行显示。
系统整体硬件电路图3如下(proteus环境):
硬件设计注意事项:
整个系统的模拟地和数字地不要交叉共地,模拟地和数字地要分别独立开来,避免信号之间的干扰。同时液晶的读写要注意它们之间的时序,最好要弄清它的型号和用户手册中的提到的地址问题,再进行它与单片机之间的数据读写操作。不仅如此,器件之间的兼容性和工作最大电流和电压问题也是本次硬件设计的重点。
一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I /O口、定时/计数器、中断系统等容量不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择合适的芯片,设计相应的电路。二是系统配置,即按照系统功能要求配置设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。在本系统中,AT89C51单片机内部的功能单元已经能够满足系统设计需要,不需要系统扩展。按系统功能需求,需要配置档位转换、LCD显示等。系统的扩展和配置设计遵循下列原则:
1、尽可能选择典型电路,并符合单片机的常规用法;
2、系统的扩展与设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当的余地,以便二次开发;
3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产上相互影响,考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构,但由软件实现的硬件功能,其相应时间要比直接用硬件实现来得长,而且占用CPU时间;
4、整个系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配;
5、可靠性及抗干扰设计是硬件系统设计不可缺少的一部分,它包括芯片、器件选择等;
6、该系统的所有元器件必须满足5V的工作电压。
参考文献
[1] 康华光.电子技术基础・数字部分.第五版.高等教育出版社,2002.
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数字电压表范文2
【关键词】单片机;电压表;ADC0808
1.概述
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,它采用的是数字化测量技术,把连续的模拟量,也就是连续的电压值转变为不连续的数字量,加以数字处理然后再通过显示器件显示。如今数字电压表已绝大部分已取代了传统的模拟指针式电压表。因为传统的模拟指针式电压表功能单一,精度低,读数的时候也非常不方便,很容易出错。而采用单片机的数字电压表由于测量精度高,速度快,读数时也非常的方便,抗干扰能力强,可扩展性强等优点已被广泛的应用于电子及电工的测量,工业自动化仪表,自动测试系统等智能化测量领域。显示出强大的生命力,研究数字电压表的设计具有重要的意义。
2.设计原理
利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块、报警电路等的结合构建数字电压表。由于单片机的发展已经成熟,利用单片机系统的软硬件结合,可以组装出许多的应用电路来。此方案的原理是模数(A/D)转换芯片的基准电压端,被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。模数(A/D)转换芯片将被测量电压输入端所采集到的模拟电压信号转换成相应的数字信号,然后通过对单片机系统进行软件编程,使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号,通过一定的算法计算出被测量电压的值。最后单片机系统将计算好的被测电压值按一定的时序送入显示电路模块加以显示,如果电压值大于设定值就报警。电路原理框图如图1所示。
3.单元电路设计
3.1 ADC0808与单片机的接口
ADC0808与AT89C51单片机的连接如图2所示,从图中可以看到,把ALE信号与START信号接在一起了,这样连接使得在信号的前沿写入(锁存)通道地址,紧接着在其后沿启动转换。模拟通道选择信号A、B、C分别接P3.4、P3.5、P3.6,此外,通道地址选择以P3.1作写选通信号。
3.2 显示电路
数码管与单片机接口如图3所示,从图中可以看出,单片机的P1口接数码管的七段发光管,P2.0―P2.3段选码。
3.3 报警电路
当测定值超出预设值5V时,发出报警声音并亮红灯,提示超出量程。报警系统使用SPEAKER发出蜂鸣声来仿真。报警系统与单片机接口电路如图4所示。
4.结束语
由于使用的是高效单片机作为核心的测量系统,以及灵敏度和精度较高的A/D转换器,使本直流电压表具有精度高、灵敏度强、性能可靠、电路简单、成本低的特点。随着单片机的日益发展,它必将在未来显示出更大的活力,为电子设计增加更多精彩。
参考文献
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数字电压表范文3
关键词:正确使用提高稳定性措施
数字电压表对繁多的电量测试具有精度高,测量速度快,自动化程度高等优点,在科研生产的电量测试中得到了广泛的应用。只有正确使用数字电压表,才能保证其应有的精度。
一、数字电压表的误差公式
数字电压表(DVM)通常用绝对误差来表示,常见的有下列三种表示方式:
=士a%Ux士日%Um(l)
=士a%Ux士n字(2)
=士a%Ux士p%Um士n字(3)
其中,a为误差的相对项系数,尽为误差的固定项系数,Um为满度值,Ux为读数值。由以上三种表达方式可见,DVM的误差主要由两部分组成:一部分与被测量值Ux大小有关的项,即a项误差,它包括DVM标准源电压的误差,输入放大器误差,衰减器误差,刻度系数误差,非线性误差等。另一部分是与Ux无关的项,即p项误差(包括n个字),它是由DVM的量子化误差;零点漂移;噪声干扰等因素引起的。一般称第一项为读数误差,第二项(也包括第三项)为固定项误差或满度误差。满度误差日%Um和固定项误差n个字实值是一样的,它们都是表示与被测电压大小无关的固定误差,二者可直接相互换算。
二、数字电压表的正确使用
使用数字电压表的一般原则,首先要检查供电电源的接线板,火线,中线和地线接线是否正确,可靠。电压值,频率应与数字电压表要求的供电电压值,频率一致。数字电压表使用环境要清洁,远离强电,磁场。做不到的单位,应定期打开盖板进行清除灰尘的污染。南方潮湿地区犷应经常给仪器通电和使用。电压表要求连续通电,不能频繁开、断电源。使用时电压表的量程选择首先应放置在自动量程,避免过高的电压输人将电压表损坏。
1、正确使用数字电压窦才能保证测量精度
根据数字电压表的技术条件,其误差极限用绝对误差表示:
=士(a%Ux+b写Uln)(1)
其中:a一误差的相对项系数。
b一误差的固定项系数。
Ux一显示值。
Um一量程满刻度值。
用相对误差可表示为:r=士(a肠+b%um/Ux)(2)a,b和Um为技术说明书中给定值。计量部门检定过的数字电压表,都将被检数字电压表的误差校准到24小时的误差极限范围之内,使用单位在一年时间之内使用该表,其测量精度都可以保证在1年的误差极限指标之内。测量值的误差将在图一表示的误差带之内。使用者必须注意,数字电压表是多量程表,测量时都是使用在选定量程的满度和十分之一满度之间,由公式(2)可得出不同的显示值将有不同的精度。
2、数字电压表零电流,输入电阻及串,共模干扰抑制比测量准确度的影响
经过检定的数字电压表在检定合格证书上都给定了零电流I,输人电阻Ri和串,共模干扰抑制比的数值。在使用时,被测信号源应满足上述各量的要求,才能保证其测量值的准确可靠。
3、带微处理机数字电压表的一般程序功能及其操作方法
在科研和生产的许多场合,经常需要数字电压表直接显示出被测物理量,这就需要对采样的数据进行运算。带微处理机的数字电压表就具有这种功能,因此又被称为智能仪表。微处理机数字电压表一般配备了各种各样的功能,包括程序控制,时钟控制。
三、提高数字电压表稳定性的方法
1、尽量采用独立电源供电
如果数字式电压表的电源由设备(仪表)的公共电源供电,那么任何导致电源波动的因素都会对数字表的指示产生影响。如当供电电压由+5 V变到+4.8 V,待测电压为150 mV(近满量程)时,电表指示可相差6个字。这在多数应用场合是不能满足需要的。对于小体积的简易型数字表,采用独立电源是不经济的。为降低成本,常用一个三端集成稳压块7805给仪表供电,这时就要考虑7805内阻给电路造成的影响。解决这一问题主要措施是增加电源容量,适当提高变压器次级电压。减少外电路电流波动(如将功率放大器由乙类改为甲类)也有一定效果。
2、减少电源的纹波电压
生产厂家给出的数字表的精度和分辨率是在供电电压纹波很小(小于1 mV)的条件下得到的。一般的三位半数字表多由7805稳压块供电,在负载较轻(500 mA以下),纹波电压可控制在3 mV以内,对指示影响不大。但当整机运行中出现负载加重的情况时,7805的1,3脚电压会小于2.7 V,此时纹波电压也会急剧增大,达到几百毫伏。实验表明:当馈电电压为5 V,纹波电压大于200 mV,输入为150 mV时,LED指示变动可达±3个字。为减少7805的输出纹波,可用大电解电容并在输出端,为防止击穿7805,要采用反压保护电路。
3、减少串模干扰
7107三位半数字表所测量的电压是直流,在实际应用中不可避免地会串入交流干扰。由于数字电压表的输入阻抗很高,很易捡拾干扰电压,从而使输出指示呈现大幅度跳动。在干扰较强的场合,例如在高功率同步电机附近, 10 m长的双绞输入线所受到的干扰就足以使输出指示混乱到无法判读的程度。实验证明:当输入端混入交流干扰200 mV时,就会使输出指示变动4个字。为避免交流干扰,必须将输入端进行屏蔽。必要时可加装50 Hz陷波电路。
4、采用晶振稳频
为了使三位半数字表的输出稳定,可利用石英晶体稳定时钟频率。如手册上所指出的频率为40 kHz,对于抑制50 Hz干扰有利。但40 kHz的晶体不易购得,我们采用了电子手表的石英晶体(约32 kHz)也取得了较好的效果。
参考文献:
数字电压表范文4
【关键词】惠斯通电桥;测量电阻;实验改进;指针式检流计;数字电压表
电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式,惠斯通电桥用来精确测量中等阻值(几欧姆至几十万欧姆)的电阻。还可以配合不同的传感器件测量很多非电学量,如温度、压力、加速度等,因此在传感技术中应用极广。但惠斯通电桥中的平衡指示器使用的是指针式检流计,这种指针式仪表,给实验带来诸多不便,若用数字式仪表替代电桥中的指针式检流计,除给实验的操作带来很多方便外,还能大大提高实验的测量精度。
1 原理
惠斯通电桥的原理如图1所示。当电桥平衡时,根据分压器原理可知:
Ubc=Uac■,Udc=Uac■
平衡时,Ubc = Udc 即■=■
整理化简后得到:
R1=■R4 =RX
由上式可知:待测电阻RX等于R2/R3与R4的乘积。电桥由四臂(测量臂、比较臂和比例臂)、检流计和电源三部分组成。与检流计串联的限流电阻RG和开关KG都是为在调节电桥平衡时保护检流计,不使其在长时间内有较大电流通过而设置的。
图1 惠斯通电桥原理图
2 实验仪器改进
在传统的惠斯通电桥测电阻实验中,平衡指示器用的是指针式检流计,如图1所示,若换成四位半数字万用表200mV量程档,拆下限流电阻RG,其他仪器和电路不变。实验将得以改进。
3 数据处理与不确定度计算
实验仪器:AC5/4型指针式检流计,四位半数字万用表200mV量程档,稳压电源(E=2V),4个ZX21型电阻箱。
为了检验测量的准确度,Rx也用的是电阻箱,标称值放500.0Ω。比例臂相同,待测电阻相同。
3.1 数据处理与不确定度计算
测量数据见表1,由于两种测量方法的B类不确定度相同,所以只计算A类标准不确定度。测量结果为:
Rx±uA(Rx)=(499.51±0.10)Ω;Rx改±uA(Rx改)=(500.054±0.011)Ω
表1 数据记录表
3.2 两者实验结果和不确定度比较
从上面的测量结果可以看出,待测电阻的测量值,改进电桥法的测量结果更接近实际值。
待测电阻的A类标准不确定度,传统电桥法是改进电桥法的9.1倍。
4 实验改进研究
改进的惠斯通电桥测电阻与传统的惠斯通电桥测电阻相比较,具有以下优点:
1)电阻R2-R4初值放的不准确,或电路有故障,电压表都不会被烧毁。因为数字电压表有过载保护,不用担心电压表被烧毁。
2)调平衡过程中(电阻箱有断路现象),数字电压表因有过载保护不用担心电压表被烧
毁。
3)读数容易且没有读数误差。由于测量结果直接以数字形式给出,所以示数读出方便,不用估读数据,所以不会产生读数误差。
4)测量速度快。数字电压表的最高测量速度可达每秒钟几万到几十万次。
5)灵敏度高。四位半数字万用表200mV量程档可以分辨10-5V的电压,而AC5/4型检流计电压分辨率约为10-4V,两者相差一个数量级。
6)数字仪表操作简单,测量过程自动化。可以自动地判断极性,带有微机处理器的数字仪表具有自动校零、自动校准、切换量限的功能。
7)不怕振动。数字电压表的电路不怕振动,测量结果不受振动影响。
8)恢复测量状mV量程档态非常容易。
9)大大减小系统误差。由于数字仪表测量时间短,电器元件消耗的焦耳热少,电阻变化就小。所以系统误差大大的减小。
10)测量结果的准确度高。UT56型数字电压表200mV量程档测量直流的准确度可以达到满度值的0.05%,最高的可达0.001%。
11)输入阻抗高,吸收被测量功率很少。UT56型数字电压表200mV量程档输入阻抗可达10MΩ,现代的数字电压表中,基本量限的输入阻抗高达25000MΩ。
12)不用串联限流电阻RG,既节省仪器开支又使电路简单。
13)数字电压表成本低廉。
【参考文献】
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数字电压表范文5
在学习电容器的作用时,由于电容器的充电、放电现象太抽象,许多学生甚至都没有见过电容器,所以对电容器能“盛电”理解不深刻,笔者尝试做了一个“盛电杯”.实物图如图1所示.
在引入新课时,首先让学生观察并触摸“盛电杯”,初步观察杯子结构,并总结实验装置的结构:内、外两层金属锡箔是导体,中间是绝缘的塑料.然后请一个同学摇动感应起电机,把感应起电机的一只金属杆接触杯子的内侧金属锡箔,另外几个学生和教师一块手拉手,教师的另一只手握住杯子把柄,手指接触杯子的外侧金属锡箔.随后让末端一个学生用手触摸杯子内侧,所有人感到被电了一下,说明杯子上带了电,这个杯子可以“盛电”.这个小实验给所有学生一个直观的印象,让他们明白电容器可以“盛电”.
2 展示被“解剖”的电容器
将一个已经解剖好的薄膜电容器轻轻展开,让学生观察元件结构,并对比“盛电杯”的内部构造.学生观察总结:该元件有两片锡箔,中间是一层绝缘体薄膜.
教师补充,在两个相互靠近的导体中间夹上一层绝缘物质就构成一个电容器.这两个导体叫做电容器的两个极板,中间的绝缘物质也叫电介质.实际上任何两个彼此绝缘又相距很近的导体都可以称为一个电容器.
3 “电量平分法”探究电容器的电容
为了研究充电后的电容器的电压与电荷量的关系,人教版教材采用类比的方法,类比水容器的盛水能力,然后定性总结了电容器的电压与电荷量成正比.这样的处理方法并不容易被学生接受.电容器的电压可以用数字电压表测量,可是电荷量不容易测量,所以笔者采用了“平分电量”的方法.实验原理图和实物图如图2和图3所示.
(1)实验步骤
①电键S2与b连接,给电容器A充电,用数字电压表测出A两端电压U1;
②电键S2与a连接,给电容器B充电,用数字电压表测出A两端电压U2;
③断开电键S2,闭合电键S1,电容器B放电,然后断开电键S1,重新与a连接,用数字电压表测出A两端电压U3;
(2)实验数据如表1.
表1A的电量QQ/2Q/4A的电压U1=1.68 VU2=0.84 VU3=0.42 V (3)实验结论
学生完成实验并总结:在误差允许的范围内,电荷量减半时,电压也减半,电荷量减为原来的四分之一时,电压也变为原来的四分之一.一个电容器所带的电荷量与两极板间的电势差U成正比,电荷量与电势差的比值Q/U是一个常量.
教师补充,科学家们经过多次实验发现,对同一个电容器,电量与电压的比值一定.也就是说Q∝U,所以Q=CU,所以C=QU,当电压是1 V时,C在数值上等于Q的大小,C越大,Q越大.进一步的实验发现,不同的电容器这个比值一般是不同的,所以这个比值表征了电容器储存电荷的特性.就把这个物理量称为电容器的电容.
4 利用数字电容表探究平行板电容器的电容
人教版教材中研究平行板电容器的电容时,把充好电的平行板电容器与静电计相连,根据静电计张角的大小判断电压的大小,进一步研究平行板电容器与哪些因素有关.这个实验受困于天气条件,实验原理相对复杂,用于分组实验很难操作成功.笔者在上课时直接利用数字电容表测量平行板电容器的电容,简单高效地完成了实验.
(1)实验器材:数字电容表一只,平行板电容器一对,两根导线,课本,“35 V 1000 μF”的电容一只.
(2)实验步骤
①学会使用数字电容表:首先打开电源,把选择开关打在2000 μF档位,把黑表笔接在有负号的1000 μF的电容器的一个极板上,红表笔接在另一个极板上,读出数据并与1000 μF比较.
②把选择开关打在最小档位,测量平行板电容器的电容,保持两板距离一定,改变正对面积,观察电容表读数的变化,并填入表2中.
③保持正对面积一定,改变两板间距离,观察电容表读数的变化,并填入表2中.
数字电压表范文6
情境教学法是指在教学过程中,从教学需要出发,教师有目的地引入或创设与教学内容适应的生动具体的场景,使学生获得一定的工作体验,从而帮助学生提高学习兴趣,教师提高教学效率的一种方法。《数字电子技术》是该院的省示范建设中的一门专业平台课程,在课程建设期间,团队教师结合企业的工作岗位和教学内容尝试将不同情境融入到课程的七个项目,为学生创设具体的工作情境,让学生在情境中进行知识的体验,有效地提高了学生的学习兴趣,改善了教学效果。
1 运用情境教学法可能存在的问题
1.1 不能有效的创设情境
创设的情境过于繁琐和简单都不利于知识的学习。过于繁琐,由于学生没有过工作体验,不能理解教师创设情境的意图,就不能融入到情境中去;过于简单,不能达到创设情境的目的。教师在创设情境时要综合考虑教学内容、工作岗位、学生实际认知水平及接受能力等因素,才能有效提高课堂教学的效率。
1.2 课前准备不充分
在《数字电子技术》的教学过程中,团队教师主要采用了角色扮演和实际案例来创设情境。在大情境下采用资讯引入、决策论证、计划设计、实施构建、检查探讨、展示评价这六步法进行教学,学生在这个过程中要能分组分工选择任务、设计方案,这个过程教师如果不提前安排妥当,学生在讨论和合作的过程中就会秩序混乱,从而影响教学效果。另外教师要能准备一些问题启发学生积极思考,在学生思考的基础上适当的总结和点评,掌控学生不要跑题。
2 教学过程中情境的创设
通过分析专业培养目标,结合课程的七个项目,设计了七个情境来模拟职场的岗位工作。情境设计如下。
2.1 项目一:一位二进制全加器电路的设计与制作
工作情境:某公司接到订单需要设计一款计算器,你作为公司的研发工程师,需要完成电路的设计及连接。
出错情境:全加器工作异常,进位位不动,只能实现半加功能;缺少某型号的集成芯片,需要查手册后选用其它型号的芯片来代替。
2.2 项目二:数码显示电路的制作
工作情境:某公司接到客户需求设计一个病房呼叫系统,你作为公司的研发工程师,负责这个项目的设计。
出错情境:同时两个按钮按下时出现了乱码;显示错误。
2.3 项目三:由触发器构成抢答器的制作
工作情境:某公司接客户要求需要设计一个抢答器,公司委托你进行项目的设计。
出错情境:抢答器有一路输出不正常,无法选中;两个抢答的灯同时亮。
2.4 项目四:数字电子钟的制作
工作情境:社区广场需要一个世纪钟,要能整点报时,委托该院学生进行设计,请你完成项目的制作。
出错情境:电子钟进位时发生错误;电子钟的报时系统工作异常。
2.5 项目五:电子门铃电路制作
工作情境:某公司应客户要求需要设计一个电子门铃,你作为公司的设计人员,现委派你实现此项目。
出错情境:门铃的扬声器不发声;门铃的叮咚声声音失真。
2.6 项目六:循环彩灯电路的制作
工作情境:圣诞节快到了,某公司接到一批订单,设计圣诞树上缠绕的彩灯,要求能循环点亮,电路最简单,成本最低。你作为公司的设计人员,现委派你实现此项目。
出错情境:彩灯无法按照预设情况循环点亮;彩灯不能循环,点亮一轮后就停止。
2.7 项目七:数字电压表的制作
工作情境:某学校实验室需要一批简易数字电压表,委派你设计一个满足参数条件的数字电压表。
出错情境:数字电压表转换误差率超过实际指标;数码管显示时有时无。