1、数字万用表的设计doc电子工艺实习报告 -数字万用表的设计数字万用表的设计一、摘要：数字万用表又称数字多用表，简称DMM（Digital Multimeter）。它是由数字电压表DVM(Digital Voltmeter)与各种变换器组成的。其中直流数字电压表示数字万用表的基本组成部分，是数字万用表的核心。数字仪表是把连续的被测模拟量自动地变成断续的、用数字编码方式并以十进制数字自动显示测量结果的一种测量仪表。这是一种新型仪表，它把电子技术、计算机技术、自动化技术与精密电测量技术密切地结合在起，成为仪器仪表领域中一个独立的分支。数字万用表(DMM)可直接测量电压、电流、电阻或其他电参量，其功能
2、可任意组合并以十进制数字显示被测量的结果，应用十分广泛。本文以DT830B万用表为例。二、关键词数字万用表，DT830B万用表，硬件设计，焊接工艺。三、引言DT830B万用表是一种常用的万用表，它的技术成熟。而且它的应用广泛，可以测量直流电压、直流电流、交流电压、电阻、二极管的正向导通电压以及三极管的放大倍数hFE等。该表使用7106型的A/D转换芯片，配3 1/2位的LCD液晶显示屏，表内使用一只电位器来调整精度，一节9V电池做电源，量程开关兼做电源开关。该表具有体积小、电路简单、分辨力强、准确度高测试功能完善、测量速率快等特点，常用于电气测量，特别适合在校学生和电子爱好者学习、组装，在装配
3、完成的同时也就得到了一款实用的测量工具。四、数字万用表的功能： DCV：直流电压 ACV：交流电压 DCA：直流电流 R：电阻 ：二极管的正向导通电压 hFE：三极管放大倍数五、数字万用表的原理框图：DT830B万用表测量的基本量是直流电压，核心是由A/D转换器、显示电路等组成的基本量程数字电压表。其他被测信号需在仪表内部转换成直流电压再进行测量。其原理框图如图（1）： 输入 被测量 图（1） DT830B万用表的原理框图六、数字万用表的整体设计：DT803B数字万用表的电路原理图如图(2)所示：图(2) DT803B数字万用表的电路原理图七、数字万用表的硬件设计：1、 硬件工作原理阐述：DT
4、803B数字万用表中A/D转换器将02V范围的模拟电压变成三位半的BCD码数字显示出来。将被测直流电压、交流电压、直流电流、及电阻等物理量变成02V的直流电压，送到ICL7106的输入端，即可在数字表上进行检测。为测大于2V的直流电压，在输入端引入衰减器，将信号变为02V，检测显示时再放大同样倍数。对交流电压进行检测时，必须先将被测输入信号作衰减，对它的检测过程与以上提到的电流电压的检测相同。衰减之后的交流电压还要进行精密整流，变成直流电压后才能进入A/D转换器。对直流电流的检测，必须事先将被测电流变成02V的直流电压，也就是实现I/V变换与衰减。衰减是由精密电阻构成的具有不同分流系数的分流器
5、完成。至于对电阻的检测则是利用电流源在电阻上产生的压降。由于被测电阻上通过的电流是恒定的，所以在被测电阻上产生的压降与其阻值成正比。此时只需将得到的电压信号送到A/D转换器进行检测。2、 A/D转换原理：双积分型A/D转换器ICL7106是一种间接A/D转换器。它通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字性输出。它的原理性框图如图(3)所示，它包括积分器、比较器、计数器，控制逻辑和时钟信号源。积分器是A/D转换器的心脏，在一个测量周期内，积分器先后对输入信号电压和基准电压进行两次积分。比较器将积分器的输出信
6、号与零电平进行比较，比较的结果作为数字电路的控制信号。时钟信号源的标准周期作为测量时间间隔的标准时间。它是由内部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期=2RCIn1.5=2.2RC 。图(3) A/D转换原理图3、 各参数测量电路：（1）直流电压的测量：直流电压测量电路如图(4)所示。由五个档位构成，即200mV、2V、20V、200V、1000V。该电路的基本量程是200mV，也就是说被测直流电压一律衰减至200mV以下后，再送往量程为200mV的数字式表头进行测量和显示。电路中的R11R16均为分压电阻，均采用金属膜电阻。电路中的R03、C4构成了模拟输入端的高频阻容滤波器，其中R0
7、3又兼作+端的限流电阻。图(4) 直流电压测量电路图（以200mV量程为例）（2）交流电压的测量：交流电压测量电路如图（5）所示。该电路由四个档位构成，即2V、20V、200V、750V，所测交流电压值均为有效值。图（5） 交流电压测量电路图电路中集成电路IC3b（TL062）、VD5、R52、R53、R54、C13、C16等构成交流/直流转换器，其中C13、C16为隔直电容，以避免直流分量引起测量误差；VD4是保护二极管、VD5是整流二极管，该电流属于平均值响应的半波线性整流电路。R52是运放的输入电阻、R53、R54是负反馈电阻，起稳定工作点的作用。电路中VD3的作用是减小信号整流时的非线
8、性失真。R56、C17组成平滑滤波器电路，可得到平均值电压并送往数字式直流电压表头进行测量。电路中的电阻R32-R36为分压电阻，R57、RP4构成了交流电压测量电路的校准电路，其中RP4是准电位器，调节RP4可使数字式表头的显示值等于被测交流电压的有效值。（3）直流电流的测量：直流电流测量电路如图（6）所示，该电路共设置五个档位，即200uA、2000uA、20mA、200mA、10A。其中10A档另设一个专用输入插孔。图（6） 直流电流测量电路图电路中的DCA输入处的器件为200uA的快速熔丝管，起过电流保护作用。电路中的R08、R09、R8、R12是分流电阻，构成分流器。其中，R12(9
9、00)、R8(9)采用精密金属膜电阻（5%），R09(0.99)采用线绕电阻，R08(0.01)是10A的分流电阻，为避免损坏故需要采用锰铜丝电阻，以承受较大的电流。（4）电阻的测量：电阻测量原理是利用被测电阻和基准电阻（）串联后接在基准电压源上，被测电阻上的压降作为基本表的电压输入端，通过选择开关改变基准电阻的大小，就可以实现多量程电阻测量，其原理如图（7）所示。图(7) 电阻测量原理图图中由正温度系数(PTC)热敏电阻与晶体管组成了过压保护电路，以防误用电阻档去测高电压时损坏集成电路。当误测高电压时，晶体管发射极将击穿从而限制了输入电压的升高。同时随着电流的增加而发热，其阻值迅速增大，从而
10、限制了电流的增加，使的击穿电流不超过允许范围，即只是处于软击穿状态，不会损坏，一旦解除误操作，和都能恢复正常。（5）二极管正负极的测量进行二极管正向压降测试的电路图如图（8），+5V经过R36、PTC向二极管提供5V的测试电压，使二极管D9导通，测试电流（即二极管正向工作电流）If1mA，导通压降Vf输入到IN+和IN-端，由于Vf的大小一般在02V之间，所以我们可以选择参考电压为1V，此时通过拨位开关选择Rint=470K（Rint为积分电阻，它是由满量程输入电压和用来对积分电容充电的内部缓冲放大器的输出电流来定义的，一般对于ICL7106，Rint=满量程/4uA），这样可以直接测出Vf的
11、值。图（8） 二极管正向压降测试电路图（6）三极管放大倍数的测量（设参考电压为100mV）三极管的固定偏置电阻为R22（NPN）和R18（PNP），调整R22（或R18）可使基极电流=10uA，R21为取样电阻，这样输入直流电压表的电压为：Vin=hFE*R21= hFE*10uA*10=0.1hFE(mV)若表头为200mV的量程，则理论上测量范围为01999，但为了不出现较大误差，实际测量范围限制在01000之间，测量过程中可以让小数点消隐(即不点亮)。测量三极管放大倍数的电路图如图（9）：图（9） 三极管放大倍数测量电路图测量hFE时需注意以下事项：1、仅适用于测量小功率晶体管。这是因为
12、测试电压较低同时测试电流较小的缘故。倘若去测大功率晶体管，测量的结果就与典型值差很大；2、当Vin200mV时，仪表将显示过载，应该立即停止测量。八、数字万用表的焊接工艺：1、装焊基本要求： 经检测合格的元器件才能进行装焊，装焊质量对于保证整机安全可靠运行至关重要。对元器件装焊的基本要求是：（1）保证电气性能的导通与绝缘。电气连接的通与断是指在振动、长期使用、冷热等自然条件变化中都能保证通者恒通，断者恒断。（2）保证足够的机器强度，经得起振动、运输及反复操作的考验。（3）符合传热、电磁等方面的要求。（4）操作习惯及美观要求。2、装焊特点：（1）安装元件时应注意与印刷版上的印刷符号一一对应，不能
13、错位。立式安装的电阻不可过高，以防止后盖屏蔽层将电阻短路，电阻上表示第一位有效数字的色环朝上，以便于识别。（2）安装电容时应使电容上的标示易于观察。（3）焊接时不要将焊锡散落在印制板开关滑道及与LCD各脚相对应的极片上。3、检查焊点： 焊接完成后检查各个焊点，要求焊点符合标准、不虚焊、假焊、搭焊更不能错焊和漏焊。要求同类元件高度一致。要求电阻、电容、管子焊接高度不得高于中周，接线准确。九、数字万用表的使用注意事项：（1）首先检查数字万用表的电池和熔丝管是否安装齐全完好。（2）在进行测量前，应认真检查表笔及导线绝缘是否良好，如有破损应进行更换后再使用，以确保使用人员的安全。（3）在进行测量时，特
14、别要注意表笔的位置是否插对，功能转换开关是否置于相应的档位上，特别是测量220V以上交流电压时须更加小心，不能有麻痹思想。一旦出现表笔位置不对、功能开关位置不对时，便会损坏仪表。（4）测量时如果无法估计所测量的大小时，应将量程拨置最高量限上进行测量，然后再据情况选择适宜的量程进行检测。（5）有的数字万用表具有溢出功能，即在最高位显示数字“1”，其他位均消隐，表明仪表已发生过载，此时应更换新的量程。（6）数字万用表在电路上虽然有较完善的保护功能，但在操作上仍要尽量避免出现误操作。（7）对于具有自动关机功能的数字万用表，当停止使用的时间超过15min时便会自动关机，切断主电源，使仪表进入备用状态，
15、LCD也为消隐状态。此时仪表就不能再进行测量了，如果继续使用必须按动两次电源开关才能恢复正常。（8）使用数字电压表时要注意插孔旁边所注明的危险标记数据，该数据表示该插孔所输入电压、电流的极限值，使用时如果超过此值就可能损坏仪表，甚至击伤使用者。（9）由于数字万用表在进行测量时会出现数字的跳动现象，为读书的准确，应等显示值稳定后再读数。（10）当每次使用完万用表后，应将量程开关拨置最高电压档，以避免下次使用时不慎损坏万用表。同时也应把电源开关关掉，以增长电池的使用寿命。十、结论：这次的电子工艺实习着实让我收获颇丰，我明白了我们不仅要设计出实用的万用表电路图，还要亲自领会万用表的焊接工艺，将理论与
16、实践紧密地结合起来。当最初看到这个题目时，我觉得这是艰巨而又有趣的一项设计任务，当然自己当时也没有太多的知识来支撑这个设计，而且书本上的知识一定要经过动手实践才能发挥它的作用。但是经过一周的不断查阅资料、与同学交流沟通，我渐渐形成了自己的设计思路，并将设计思路逐步落实下来，最终形成了一套完整的数字万用表设计方案。我在研究的过程中也不可避免地遇到了各种困难，但最终都通过查阅资料、请教别人一一解决，这个过程是值得享受的。我在电路设计过程中学到了许多新的器件的使用，在以后的学习中会大有所用，也学会了在茫茫书海中查找自己需要的知识。除了学术上的收获，我还收获了高效学习的方法。在以后的学习中，我将更加注重理论与实践的联系，不断巩固知识、拓展视野，改进研究方式和方法，提高并丰富自己的专业学科设计和研究。十一、参考文献：1徐爱钧,智能化测量控制仪表原理与设计（第二版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2004年.2谢自美,电子线路设计实验测试（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社，2006年.3黄智伟,全国大学生电子设计竞赛技能训练M.北京：北京航空航天大学出版社，2007年.4华成英、童诗白，模拟电子技术基础（第四版）M.高等教育出版社，2006年.5阎 石，数字电子技术基础M.高等教育出版社，1983年.6张永瑞，电子测量技术M.西安电子科技大学出版社，2000年3月.
