数字万用表的设计说明

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F

U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

F

U：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部转换成直流电压再进行测量。其原理框图如图（1）：

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：

DT803B数字万用表中A/D转换器将0～2V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0～2V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0～2V，检测显示时再放样倍数。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0～2V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，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c T作为测量时间间隔的标准时间。它是由部的两个反向器以及外部的RC组成的。其振荡周期c T=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R11～R16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

V+端的限流电阻。

输入端的高频阻容滤波器，其中R03又兼作in

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（21TL062）、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(900Ω)、R8(9Ω)采用精密金属膜电阻（±5%），R09(0.99Ω)采用线绕电阻，R08(0.01Ω)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x R和基准电阻（1R～5R）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。