數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)

1、電子工藝實(shí)習(xí)報(bào)告 -數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)數(shù)字萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)1、 摘要：數(shù)字萬(wàn)用表又稱(chēng)數(shù)字多用表，簡(jiǎn)稱(chēng)DMM（Digital Multimeter）。它是由數(shù)字電壓表DVM(Digital Voltmeter)與各種變換器組成的。其中直流數(shù)字電壓表示數(shù)字萬(wàn)用表的基本組成部分，是數(shù)字萬(wàn)用表的核心。數(shù)字儀表是把連續(xù)的被測(cè)模擬量自動(dòng)地變成斷續(xù)的、用數(shù)字編碼方式并以十進(jìn)制數(shù)字自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果的一種測(cè)量?jī)x表。這是一種新型儀表，它把電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與精密電測(cè)量技術(shù)密切地結(jié)合在起，成為儀器儀表領(lǐng)域中一個(gè)獨(dú)立的分支。數(shù)字萬(wàn)用表(DMM)可直接測(cè)量電壓、電流、電阻或其他電參量，其功能可任意組合并以十進(jìn)制

2、數(shù)字顯示被測(cè)量的結(jié)果，應(yīng)用十分廣泛。本文以DT830B萬(wàn)用表為例。2、 關(guān)鍵詞數(shù)字萬(wàn)用表，DT830B萬(wàn)用表，硬件設(shè)計(jì)，焊接工藝。3、 引言DT830B萬(wàn)用表是一種常用的萬(wàn)用表，它的技術(shù)成熟。而且它的應(yīng)用廣泛，可以測(cè)量直流電壓、直流電流、交流電壓、電阻、二極管的正向?qū)妷阂约叭龢O管的放大倍數(shù)hFE等。該表使用7106型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，配3 1/2位的LCD液晶顯示屏，表內(nèi)使用一只電位器來(lái)調(diào)整精度，一節(jié)9V電池做電源，量程開(kāi)關(guān)兼做電源開(kāi)關(guān)。該表具有體積小、電路簡(jiǎn)單、分辨力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高測(cè)試功能完善、測(cè)量速率快等特點(diǎn)，常用于電氣測(cè)量，特別適合在校學(xué)生和電子愛(ài)好者學(xué)習(xí)、組裝，在裝配完成的同時(shí)也就得

3、到了一款實(shí)用的測(cè)量工具。4、 數(shù)字萬(wàn)用表的功能：DCV：直流電壓 ACV：交流電壓測(cè)量參數(shù)DCA：直流電流R：電阻：二極管的正向?qū)妷篽FE：三極管放大倍數(shù)5、 數(shù)字萬(wàn)用表的原理框圖：DT830B萬(wàn)用表測(cè)量的基本量是直流電壓，核心是由A/D轉(zhuǎn)換器、顯示電路等組成的基本量程數(shù)字電壓表。其他被測(cè)信號(hào)需在儀表內(nèi)部轉(zhuǎn)換成直流電壓再進(jìn)行測(cè)量。其原理框圖如圖（1）： A/D轉(zhuǎn)換功能 量程選擇LCD顯 示 器 LCD驅(qū)動(dòng)R/V轉(zhuǎn)換I/V轉(zhuǎn)換 輸入V/V轉(zhuǎn)換 被測(cè)量圖（1） DT830B萬(wàn)用表的原理框圖6、 數(shù)字萬(wàn)用表的整體設(shè)計(jì)：DT803B數(shù)字萬(wàn)用表的電路原理圖如圖(2)所示：圖(2) DT803B數(shù)字萬(wàn)

4、用表的電路原理圖7、 數(shù)字萬(wàn)用表的硬件設(shè)計(jì)：1、 硬件工作原理闡述：DT803B數(shù)字萬(wàn)用表中A/D轉(zhuǎn)換器將02V范圍的模擬電壓變成三位半的BCD碼數(shù)字顯示出來(lái)。將被測(cè)直流電壓、交流電壓、直流電流、及電阻等物理量變成02V的直流電壓，送到ICL7106的輸入端，即可在數(shù)字表上進(jìn)行檢測(cè)。為測(cè)大于2V的直流電壓，在輸入端引入衰減器，將信號(hào)變?yōu)?2V，檢測(cè)顯示時(shí)再放大同樣倍數(shù)。對(duì)交流電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，必須先將被測(cè)輸入信號(hào)作衰減，對(duì)它的檢測(cè)過(guò)程與以上提到的電流電壓的檢測(cè)相同。衰減之后的交流電壓還要進(jìn)行精密整流，變成直流電壓后才能進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。對(duì)直流電流的檢測(cè)，必須事先將被測(cè)電流變成02V的直流電壓，也

5、就是實(shí)現(xiàn)I/V變換與衰減。衰減是由精密電阻構(gòu)成的具有不同分流系數(shù)的分流器完成。至于對(duì)電阻的檢測(cè)則是利用電流源在電阻上產(chǎn)生的壓降。由于被測(cè)電阻上通過(guò)的電流是恒定的，所以在被測(cè)電阻上產(chǎn)生的壓降與其阻值成正比。此時(shí)只需將得到的電壓信號(hào)送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行檢測(cè)。2、 A/D轉(zhuǎn)換原理：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7106是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過(guò)對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。它的原理性框圖如圖(3)所示，它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)源。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)

6、，積分器先后對(duì)輸入信號(hào)電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號(hào)與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)源的標(biāo)準(zhǔn)周期作為測(cè)量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。它是由內(nèi)部的兩個(gè)反向器以及外部的RC組成的。其振蕩周期=2RCIn1.5=2.2RC 。圖(3) A/D轉(zhuǎn)換原理圖3、 各參數(shù)測(cè)量電路：（1） 直流電壓的測(cè)量：直流電壓測(cè)量電路如圖(4)所示。由五個(gè)檔位構(gòu)成，即200mV、2V、20V、200V、1000V。該電路的基本量程是200mV，也就是說(shuō)被測(cè)直流電壓一律衰減至200mV以下后，再送往量程為200mV的數(shù)字式表頭進(jìn)行測(cè)量和顯示。電路中的R11R16均為分壓電阻，均采用

7、金屬膜電阻。電路中的R03、C4構(gòu)成了模擬輸入端的高頻阻容濾波器，其中R03又兼作+端的限流電阻。圖(4) 直流電壓測(cè)量電路圖（以200mV量程為例）（2） 交流電壓的測(cè)量：交流電壓測(cè)量電路如圖（5）所示。該電路由四個(gè)檔位構(gòu)成，即2V、20V、200V、750V，所測(cè)交流電壓值均為有效值。圖（5） 交流電壓測(cè)量電路圖電路中集成電路IC3b（TL062）、VD5、R52、R53、R54、C13、C16等構(gòu)成交流/直流轉(zhuǎn)換器，其中C13、C16為隔直電容，以避免直流分量引起測(cè)量誤差；VD4是保護(hù)二極管、VD5是整流二極管，該電流屬于平均值響應(yīng)的半波線(xiàn)性整流電路。R52是運(yùn)放的輸入電阻、R53、R5

8、4是負(fù)反饋電阻，起穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。電路中VD3的作用是減小信號(hào)整流時(shí)的非線(xiàn)性失真。R56、C17組成平滑濾波器電路，可得到平均值電壓并送往數(shù)字式直流電壓表頭進(jìn)行測(cè)量。電路中的電阻R32-R36為分壓電阻，R57、RP4構(gòu)成了交流電壓測(cè)量電路的校準(zhǔn)電路，其中RP4是準(zhǔn)電位器，調(diào)節(jié)RP4可使數(shù)字式表頭的顯示值等于被測(cè)交流電壓的有效值。（3） 直流電流的測(cè)量：直流電流測(cè)量電路如圖（6）所示，該電路共設(shè)置五個(gè)檔位，即200uA、2000uA、20mA、200mA、10A。其中10A檔另設(shè)一個(gè)專(zhuān)用輸入插孔。圖（6） 直流電流測(cè)量電路圖電路中的DCA輸入處的器件為200uA的快速熔絲管，起過(guò)電流保護(hù)作用

9、。電路中的R08、R09、R8、R12是分流電阻，構(gòu)成分流器。其中，R12(900)、R8(9)采用精密金屬膜電阻（±5%），R09(0.99)采用線(xiàn)繞電阻，R08(0.01)是10A的分流電阻，為避免損壞故需要采用錳銅絲電阻，以承受較大的電流。（4） 電阻的測(cè)量：電阻測(cè)量原理是利用被測(cè)電阻和基準(zhǔn)電阻（）串聯(lián)后接在基準(zhǔn)電壓源上，被測(cè)電阻上的壓降作為基本表的電壓輸入端，通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)改變基準(zhǔn)電阻的大小，就可以實(shí)現(xiàn)多量程電阻測(cè)量，其原理如圖（7）所示。圖(7) 電阻測(cè)量原理圖圖中由正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻與晶體管組成了過(guò)壓保護(hù)電路，以防誤用電阻檔去測(cè)高電壓時(shí)損壞集成電路。當(dāng)誤測(cè)高電壓時(shí)

10、，晶體管發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時(shí)隨著電流的增加而發(fā)熱，其阻值迅速增大，從而限制了電流的增加，使的擊穿電流不超過(guò)允許范圍，即只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會(huì)損壞，一旦解除誤操作，和都能恢復(fù)正常。（5） 二極管正負(fù)極的測(cè)量進(jìn)行二極管正向壓降測(cè)試的電路圖如圖（8），+5V經(jīng)過(guò)R36、PTC向二極管提供5V的測(cè)試電壓，使二極管D9導(dǎo)通，測(cè)試電流（即二極管正向工作電流）If1mA，導(dǎo)通壓降Vf輸入到IN+和IN-端，由于Vf的大小一般在02V之間，所以我們可以選擇參考電壓為1V，此時(shí)通過(guò)撥位開(kāi)關(guān)選擇Rint=470K（Rint為積分電阻，它是由滿(mǎn)量程輸入電壓和用來(lái)對(duì)積分電容充電的內(nèi)部緩沖放大器

11、的輸出電流來(lái)定義的，一般對(duì)于ICL7106，Rint=滿(mǎn)量程/4uA），這樣可以直接測(cè)出Vf的值。圖（8） 二極管正向壓降測(cè)試電路圖（6） 三極管放大倍數(shù)的測(cè)量（設(shè)參考電壓為100mV）三極管的固定偏置電阻為R22（NPN）和R18（PNP），調(diào)整R22（或R18）可使基極電流=10uA，R21為取樣電阻，這樣輸入直流電壓表的電壓為：Vin=hFE*R21= hFE*10uA*10=0.1hFE(mV)若表頭為200mV的量程，則理論上測(cè)量范圍為01999，但為了不出現(xiàn)較大誤差，實(shí)際測(cè)量范圍限制在01000之間，測(cè)量過(guò)程中可以讓小數(shù)點(diǎn)消隱(即不點(diǎn)亮)。測(cè)量三極管放大倍數(shù)的電路圖如圖（9）：圖（

12、9） 三極管放大倍數(shù)測(cè)量電路圖測(cè)量hFE時(shí)需注意以下事項(xiàng)：1、 僅適用于測(cè)量小功率晶體管。這是因?yàn)闇y(cè)試電壓較低同時(shí)測(cè)試電流較小的緣故。倘若去測(cè)大功率晶體管，測(cè)量的結(jié)果就與典型值差很大；2、 當(dāng)Vin200mV時(shí)，儀表將顯示過(guò)載，應(yīng)該立即停止測(cè)量。8、 數(shù)字萬(wàn)用表的焊接工藝：1、 裝焊基本要求： 經(jīng)檢測(cè)合格的元器件才能進(jìn)行裝焊，裝焊質(zhì)量對(duì)于保證整機(jī)安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。對(duì)元器件裝焊的基本要求是：（1） 保證電氣性能的導(dǎo)通與絕緣。電氣連接的通與斷是指在振動(dòng)、長(zhǎng)期使用、冷熱等自然條件變化中都能保證通者恒通，斷者恒斷。（2） 保證足夠的機(jī)器強(qiáng)度，經(jīng)得起振動(dòng)、運(yùn)輸及反復(fù)操作的考驗(yàn)。（3） 符合傳熱、電磁

13、等方面的要求。（4） 操作習(xí)慣及美觀要求。2、 裝焊特點(diǎn)：（1） 安裝元件時(shí)應(yīng)注意與印刷版上的印刷符號(hào)一一對(duì)應(yīng)，不能錯(cuò)位。立式安裝的電阻不可過(guò)高，以防止后蓋屏蔽層將電阻短路，電阻上表示第一位有效數(shù)字的色環(huán)朝上，以便于識(shí)別。（2） 安裝電容時(shí)應(yīng)使電容上的標(biāo)示易于觀察。（3） 焊接時(shí)不要將焊錫散落在印制板開(kāi)關(guān)滑道及與LCD各腳相對(duì)應(yīng)的極片上。3、 檢查焊點(diǎn)： 焊接完成后檢查各個(gè)焊點(diǎn)，要求焊點(diǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)、不虛焊、假焊、搭焊更不能錯(cuò)焊和漏焊。要求同類(lèi)元件高度一致。要求電阻、電容、管子焊接高度不得高于中周，接線(xiàn)準(zhǔn)確。9、 數(shù)字萬(wàn)用表的使用注意事項(xiàng)：（1）首先檢查數(shù)字萬(wàn)用表的電池和熔絲管是否安裝齊全完好。（

14、2）在進(jìn)行測(cè)量前，應(yīng)認(rèn)真檢查表筆及導(dǎo)線(xiàn)絕緣是否良好，如有破損應(yīng)進(jìn)行更換后再使用，以確保使用人員的安全。（3）在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，特別要注意表筆的位置是否插對(duì)，功能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)是否置于相應(yīng)的檔位上，特別是測(cè)量220V以上交流電壓時(shí)須更加小心，不能有麻痹思想。一旦出現(xiàn)表筆位置不對(duì)、功能開(kāi)關(guān)位置不對(duì)時(shí)，便會(huì)損壞儀表。（4）測(cè)量時(shí)如果無(wú)法估計(jì)所測(cè)量的大小時(shí)，應(yīng)將量程撥置最高量限上進(jìn)行測(cè)量，然后再據(jù)情況選擇適宜的量程進(jìn)行檢測(cè)。（5）有的數(shù)字萬(wàn)用表具有溢出功能，即在最高位顯示數(shù)字“1”，其他位均消隱，表明儀表已發(fā)生過(guò)載，此時(shí)應(yīng)更換新的量程。（6）數(shù)字萬(wàn)用表在電路上雖然有較完善的保護(hù)功能，但在操作上仍要盡量避免出現(xiàn)誤

15、操作。（7）對(duì)于具有自動(dòng)關(guān)機(jī)功能的數(shù)字萬(wàn)用表，當(dāng)停止使用的時(shí)間超過(guò)15min時(shí)便會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，切斷主電源，使儀表進(jìn)入備用狀態(tài)，LCD也為消隱狀態(tài)。此時(shí)儀表就不能再進(jìn)行測(cè)量了，如果繼續(xù)使用必須按動(dòng)兩次電源開(kāi)關(guān)才能恢復(fù)正常。（8）使用數(shù)字電壓表時(shí)要注意插孔旁邊所注明的危險(xiǎn)標(biāo)記數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示該插孔所輸入電壓、電流的極限值，使用時(shí)如果超過(guò)此值就可能損壞儀表，甚至擊傷使用者。（9）由于數(shù)字萬(wàn)用表在進(jìn)行測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)字的跳動(dòng)現(xiàn)象，為讀書(shū)的準(zhǔn)確，應(yīng)等顯示值穩(wěn)定后再讀數(shù)。（10）當(dāng)每次使用完萬(wàn)用表后，應(yīng)將量程開(kāi)關(guān)撥置最高電壓檔，以避免下次使用時(shí)不慎損壞萬(wàn)用表。同時(shí)也應(yīng)把電源開(kāi)關(guān)關(guān)掉，以增長(zhǎng)電池的使用壽命。10

16、、 結(jié)論：這次的電子工藝實(shí)習(xí)著實(shí)讓我收獲頗豐，我明白了我們不僅要設(shè)計(jì)出實(shí)用的萬(wàn)用表電路圖，還要親自領(lǐng)會(huì)萬(wàn)用表的焊接工藝，將理論與實(shí)踐緊密地結(jié)合起來(lái)。當(dāng)最初看到這個(gè)題目時(shí)，我覺(jué)得這是艱巨而又有趣的一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，當(dāng)然自己當(dāng)時(shí)也沒(méi)有太多的知識(shí)來(lái)支撐這個(gè)設(shè)計(jì)，而且書(shū)本上的知識(shí)一定要經(jīng)過(guò)動(dòng)手實(shí)踐才能發(fā)揮它的作用。但是經(jīng)過(guò)一周的不斷查閱資料、與同學(xué)交流溝通，我漸漸形成了自己的設(shè)計(jì)思路，并將設(shè)計(jì)思路逐步落實(shí)下來(lái)，最終形成了一套完整的數(shù)字萬(wàn)用表設(shè)計(jì)方案。我在研究的過(guò)程中也不可避免地遇到了各種困難，但最終都通過(guò)查閱資料、請(qǐng)教別人一一解決，這個(gè)過(guò)程是值得享受的。我在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)到了許多新的器件的使用，在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)大有所用，也學(xué)會(huì)了在茫茫書(shū)海中查找自己需要的知識(shí)。除了學(xué)術(shù)上的收獲，我還收獲了高效學(xué)習(xí)的方法。在以后的學(xué)習(xí)中，我將更加注重理論與實(shí)踐的聯(lián)系，不斷鞏固知識(shí)、拓展視野，改進(jìn)研究方式和方法，提高并豐富自己的專(zhuān)業(yè)學(xué)科設(shè)計(jì)和研究。