數(shù)字萬用表的設(shè)計

1、電子工藝實習報告-數(shù)字萬用表的設(shè)計數(shù)字萬用表的設(shè)計一、摘要：數(shù)字萬用表又稱數(shù)字多用表，簡稱DM(DigitalMultimeter)。它是由數(shù)字電壓表DVM(DigitalVoltmeter)與各種變換器組成的。其中直流數(shù)字電壓表示數(shù)字萬用表的基本組成部分，是數(shù)字萬用表的核心。數(shù)字儀表是把連續(xù)的被測模擬量自動地變成斷續(xù)的、用數(shù)字編碼方式并以十進制數(shù)字自動顯示測量結(jié)果的一種測量儀表。這是一種新型儀表，它把電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)與精密電測量技術(shù)密切地結(jié)合在一起，成為儀器儀表領(lǐng)域中一個獨立的分支。數(shù)字萬用表(DMM可直接測量電壓、電流、電阻或其他電參量，其功能可任意組合并以十進制數(shù)字顯示被

2、測量的結(jié)果，應(yīng)用十分廣泛。本文以DT830B萬用表為例。二、關(guān)鍵詞數(shù)字萬用表，DT830B萬用表，硬件設(shè)計，焊接工藝。三、弓言DT830B萬用表是一種常用的萬用表，它的技術(shù)成熟。而且它的應(yīng)用廣泛，可以測量直流電壓、直流電流、交流電壓、電阻、二極管的正向?qū)妷篣f以及三極管的放大倍數(shù)hFE等。該表使用7106型的A/D轉(zhuǎn)換芯片，配31/2位的LCD液晶顯示屏，表內(nèi)使用一只電位器來調(diào)整精度，一節(jié)9V電池做電源，量程開關(guān)兼做電源開關(guān)。該表具有體積小、電路簡單、分辨力強、準確度高測試功能完善、測量速率快等特點，常用于電氣測量，特別適合在校學生和電子愛好者學習、組裝，在裝配完成的同時也就得到了一款實用

3、的測量工具。四、數(shù)字萬用表的功能：rDCV直流電壓ACV交流電壓DCA直流電流測量參數(shù)口R電阻Uf：二極管的正向?qū)妷?、hFE三極管放大倍數(shù)五、數(shù)字萬用表的原理框圖：DT830B萬用表測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。其他被測信號需在儀表內(nèi)部轉(zhuǎn)換成直流電壓再進行測量。其原理框圖如圖（1）:圖（1）DT830B萬用表的原理框圖六、數(shù)字萬用表的整體設(shè)計：DT803B數(shù)字萬用表的電路原理圖如圖（2）所示:>沆 YgUJsrH二二N1 TEST圖（2）DT803B數(shù)字萬用表的電路原理圖七、數(shù)字萬用表的硬件設(shè)計：1、硬件工作原理闡述：DT803B數(shù)

4、字萬用表中A/D轉(zhuǎn)換器將。2V范圍的模擬電壓變成三位半的BCD碼數(shù)字顯示出來。將被測直流電壓、交流電壓、直流電流、及電阻等物理量變成。2V的直流電壓，送到ICL7106的輸入端，即可在數(shù)字表上進行檢測。為測大于2V的直流電壓，在輸入端引入衰減器，將信號變?yōu)?2V,檢測顯示時再放大同樣倍數(shù)。對交流電壓進行檢測時，必須先將被測輸入信號作衰減，對它的檢測過程與以上提到的電流電壓的檢測相同。衰減之后的交流電壓還要進行精密整流，變成直流電壓后才能進入A/D轉(zhuǎn)換器。對直流電流的檢測，必須事先將被測電流變成。2V的直流電壓，也就是實現(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

5、對電阻的檢測則是利用電流源在電阻上產(chǎn)生的壓降。由于被測電阻上通過的電流是恒定的，所以在被測電阻上產(chǎn)生的壓降與其阻值成正比。此時只需將得到的電壓信號送到A/D轉(zhuǎn)換器進行檢測。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。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應(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、計數(shù)器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個測量周期內(nèi)，積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進

6、行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信號。時鐘信號源的標準周期Tc作為測量時間間隔的RC組成的。其振蕩周期標準時間。它是由內(nèi)部的兩個反向器以及外部的Tc=2RCIn1.5=2.2RCocIIICL7106翱_。祜圖(3) A/D轉(zhuǎn)換原理圖3、各參數(shù)測量電路：(1)直流電壓的測量：直流電壓測量電路如圖(4)所示。由五個檔位構(gòu)成，即200mV2V、20V、200V>1000V。該電路的基本量程是200mV也就是說被測直流電壓一律衰減至200mV以下后，再送往量程為200mV的數(shù)字式表頭進行測量和顯示。R03 C4構(gòu)成了模擬電路中的R11R16均為分壓電阻，均采用金屬膜電阻。電路中的輸入端的高

7、頻阻容濾波器，其中R03又兼作Vin+端的限流電阻。DCVOJR161548k200mV%rJosRI5352k2000jnVR14 90ko20VR031MJLR13 9k200VC4；l104RI2 900U1000VA/DVin+Vin-200mV IRll100¥COfflo（2）交流電壓的測量交流電壓測量電路如圖（所測交流電壓值均為有效值。ACVO-口9MU»,段3900kU20Vl-oR）490kU200VR359kH750VRjbh5)所示。該電路由四個檔位構(gòu)成，即2V、20V200V、750V,Cm47P一冉卜/光噓儲4.7P,/?54的方T、-L_i1_&

8、gt;ivih1.87k2而匚£jIN4148x3圖（4）直流電壓測量電路圖（以200mV量程為例）COMo圖（5）交流電壓測量電路圖也路中集成電路IC3b(%TL062)、VD5R52R53R54轉(zhuǎn)換器，其中C13、C16為隔直電容，以避免直流分量引起測量誤差；VD5是整流二極管，該電流屬于平均值響應(yīng)的半波線性整流電路。R53R54是負反饋電阻，起穩(wěn)定工作點的作用。電路中VD3的作用是減小信號整流時的非線性失真。可得到平均值電壓并送往數(shù)字式直流電壓表頭進行測量。C10C16等構(gòu)成交流/直流VD4是保護二極管、R52是運放的輸入電阻、R56C17組成平滑濾波器電路，電路中的電阻R32

9、-R36為分壓電阻，R57、RP4構(gòu)成了交流電壓測量電路的校準電路，其中RP4是準電位器，調(diào)節(jié)RP4可使數(shù)字式表頭的顯示值等于被測交流電壓的有效值。（3）直流電流的測量：直流電流測量電路如圖（6）所示，該電路共設(shè)置五個檔位，即200uA、2000uA、20mA200mA10A。其中10A檔另設(shè)一個專用輸入插孔。圖（6）直流電流測量電路圖電路中的DCA輸入處的器件為200uA的快速熔絲管，起過電流保護作用。電路中的R08、R09R&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（土5%）,R09（0.990）采用線繞電阻，R08（0.010）是10A的

10、分流電阻，為避免損壞故需要采用錦銅絲電阻，以承受較大的電流。（4）電阻的測量：電阻測量原理是利用被測電阻Rx和基準電阻（RFU）串聯(lián)后接在基準電壓源上，通過選擇開關(guān)改變基準電阻的大小，就可以實被測電阻上的壓降作為基本表的電壓輸入端，現(xiàn)多量程電阻測量，其原理如圖（7）所示。2MQ9O0KKS2R3100PTCRx莘TVmf-圖(7)電阻測量原理圖圖中由正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻Rt與晶體管T組成了過壓保護電路，以防誤用電阻檔去測高電壓時損壞集成電路。當誤測高電壓時，晶體管T發(fā)射極將擊穿從而限制了輸入電壓的升高。同時Rt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，擊穿電流不超過允

11、許范圍，即T只是處于軟擊穿狀態(tài)，不會損壞，一旦解除誤操作，R和T都能恢復(fù)正常。(5)二極管正負極的測量進行二極管正向壓降測試的電路圖如圖(8),+5V經(jīng)過R36、PTC向二極管提供5V的測試電壓，使二極管D9導(dǎo)通，測試電流(即二極管正向工作電流)行小101人導(dǎo)通壓降丫£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,此時通過撥位開關(guān)選擇Rint=470KQ(Rint為積分電阻，它是由滿量程輸入電壓和用來對積分電容充電的內(nèi)部緩沖放大器的輸出電流來定義的，般對于ICL7106,Rint=滿量程/4uA),這樣可以直接測出Vf的值。+5V圖（8）二極

12、管正向壓降測試電路圖（6）三極管放大倍數(shù)的測量（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|b=10uA,R21為取樣電阻，這樣輸入直流電壓表的電壓為：Vin=VxNo-hFE*h*R21hFE*10uA*!0=0.1hFE（mV）若表頭為200mV的量程，則理論上測量范圍為。1999，但為了不出現(xiàn)較大誤差，實際測量范圍限制在01000之間，測量過程中可以讓小數(shù)點消隱（即不點亮）。測量三極管放大倍數(shù)的電路圖如圖（9）：R22NPNPNPVin+R2110QIMYin-200wV測量hFE時需注意以下事項:1、僅適用于測量小功率

13、晶體管。這是因為測試電壓較低同時測試電流較小的緣故。倘若去測大功率晶體管，測量的結(jié)果就與典型值差很大：2、當Vin>200mV寸，儀表將顯示過載，應(yīng)該立即停止測量。八、數(shù)字萬用表的焊接工藝：1、裝焊基本要求：經(jīng)檢測合格的元器件才能進行裝焊，裝焊質(zhì)量對于保證整機安全可靠運行至關(guān)重要。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、長期使用、冷熱等自然條件變化中都能保證通者恒通，斷者恒斷。(2) 保證足夠的機器強度，經(jīng)得起振動、運輸及反復(fù)操作的考驗。(3) 符合傳熱、電磁等方面的要求。(4) 操作習慣及美觀要求。2、裝焊特點：(1)安裝元件時應(yīng)注意與印刷

14、版上的印刷符號一一對應(yīng)，不能錯位。立式安裝的電阻不可過高，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，以便于識別。(2)安裝電容時應(yīng)使電容上的標示易于觀察。(3)焊接時不要將焊錫散落在印制板開關(guān)滑道及與LCD各腳相對應(yīng)的極片上。3、檢查焊點：焊接完成后檢查各個焊點，要求焊點符合標準、不虛焊、假焊、搭焊更不能錯焊和漏焊。要求同類元件高度一致。要求電阻、電容、管子焊接高度不得高于中周，接線準確。九、數(shù)字萬用表的使用注意事項：(1)首先檢查數(shù)字萬用表的電池和熔絲管是否安裝齊全完好。(2)在進行測量前，應(yīng)認真檢查表筆及導(dǎo)線絕緣是否良好，如有破損應(yīng)進行更換后再使用，以確保使用人員的安

15、全。(3)在進行測量時，特別要注意表筆的位置是否插對，功能轉(zhuǎn)換開關(guān)是否置于相應(yīng)的檔位上，特別是測量220V以上交流電壓時須更加小心，不能有麻痹思想。一旦出現(xiàn)表筆位置不對、功能開關(guān)位置不對時，便會損壞儀表。(4)測量時如果無法估計所測量的大小時，應(yīng)將量程撥置最高量限上進行測量，然后再據(jù)情況選擇適宜的量程進行檢測。(5)有的數(shù)字萬用表具有溢出功能，即在最高位顯示數(shù)字“1”，其他位均消隱，表明儀表已發(fā)生過載，此時應(yīng)更換新的量程。(6)數(shù)字萬用表在電路上雖然有較完善的保護功能，但在操作上仍要盡量避免出現(xiàn)誤操作。(7)對于具有自動關(guān)機功能的數(shù)字萬用表，當停止使用的時間超過15min時便會自動關(guān)機，切斷主

16、電源，使儀表進入備用狀態(tài)，LCD也為消隱狀態(tài)。此時儀表就不能再進行測量T，如果繼續(xù)使用必須按動兩次電源開關(guān)才能恢復(fù)正常。(8)使用數(shù)字電壓表時要注意插孔旁邊所注明的危險標記數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示該插孔所輸入電壓、電流的極限值，使用時如果超過此值就可能損壞儀表，甚至擊傷使用者。(9)由于數(shù)字萬用表在進行測量時會出現(xiàn)數(shù)字的跳動現(xiàn)象，為讀書的準確，應(yīng)等顯示值穩(wěn)定后再讀數(shù)。(10)當每次使用完萬用表后，應(yīng)將量程開關(guān)撥置最高電壓檔，以避免下次使用時不慎損壞萬用表。同時也應(yīng)把電源開關(guān)關(guān)掉，以增長電池的使用壽命。十、結(jié)論：這次的電子工藝實習著實讓我收獲頗豐，我明白了我們不僅要設(shè)計出實用的萬用表電路圖，還要親自領(lǐng)會

17、萬用表的焊接工藝，將理論與實踐緊密地結(jié)合起來。當最初看到這個題目時，我覺得這是艱巨而又有趣的一項設(shè)計任務(wù)，當然自己當時也沒有太多的知識來支撐這個設(shè)計，而且書本上的知識一定要經(jīng)過動手實踐才能發(fā)揮它的作用。但是經(jīng)過一周的不斷查閱資料、與同學交流溝通，我漸漸形成了自己的設(shè)計思路，并將設(shè)計思路逐步落實下來，最終形成了一套完整的數(shù)字萬用表設(shè)計方案。我在研究的過程中也不可避免地遇到了各種困難，但最終都通過查閱資料、請教別人一一解決，這個過程是值得享受的。我在電路設(shè)計過程中學到了許多新的器件的使用，在以后的學習中會大有所用，也學會了在茫茫書海中查找自己需要的知識。除了學術(shù)上的收獲，我還收獲了高效學習的方法。在以后的學習中，我將更加注重理論與實踐的聯(lián)系，不斷鞏固知識、拓展視野，改