数字万用表(初版)

数字万用表的基本原理及使用
•株洲职工培训基地 •授课人：万九云
内容与要求
了解万用表的构造、原理、掌握 它的使用。
重点
万用表的构造、使用
难点
难点：原理、正确使用
•数字万用表的基本工作原理
普通数字万用表的基本工作原理是检测的信号经万用 表的表笔接入万用表，信号进行阻容滤波和前置放大， 然后万用表根据用户选择的相应档位进行相应的信号 转换、再将模拟信号转换成数字信号，最后将数值经 显示驱动电路输出在显示屏幕上。
•LCD液晶显示屏与A/D转换器构成一个数字电压表表头， 数字万用表是在数字电压表表头基础上通过在数字电压
表基础上构成分压网络，分流网络，然后就是整流部分。 数字万用表交流电压挡采用高精度集成运算放大器做整 流，就是把被测信号经过A/D内部的，R/V C/V I/V转换 统一变为电压信号在经过衰减送入A/D转换器通过控制 LCD液晶显示屏的笔段来点亮个数字显示。
单片数字万用表的基本工作原理是：万用表 根据用户选择的档位将检测的信号进行相应的数值转 换，再经单片机进行处理再送至显示驱动电路，最后 将相应的数值显示在显示屏幕上。
智能数字万用表是指利用DSP、ARM等芯片 组成来实现万用表的功能，它的主要特点是：实现的 功能全面并可增设许多功能、内部电路较复杂、测量 精度高和耗电量低等特点。 智能数字万用表包含单片数字万用表的基本电路结构， 工作原理同单片数字万用表类似。
•介绍
•数字万用表亦称数字多用表，简称 DMM(Digtial Multimeter)。它是采用数字化测 量技术，把连续的模拟量转化成不连续、离散的 数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式万用 表功能单一精度低，不能满足数字化时代的需要， 采用单片的数字万用表精度高、抗干扰能力强， 可扩展性强、集成方便，目前，由各种单片机芯 片构成的数字万用表，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 测试领域，显示着强大的生命力。
单片数字万用表是指采用单片机来实现万用表 的功能，它的主要特点是：实现的功能增多、内部电 路简单、测量较准确和耗电量较少等。单片数字万用 表能实现的功能有：测量交直流电压、测量交直流电 流、测量电阻、测量通断性、测量二极管和测量电容 等。单片数字万用表内部电路主要包括：单片机主芯 片、A/D转换器、DCV转换器、AC/DC转换器、I/U转换 器、R/U转换器、电源供电电路显示驱动电路。
• (3) 一般万用表的V/Ω档公用一个表笔插 孔，而A档单独用一个插孔。使用时应注意 根据被测量调换插孔，否则可能造成测量错
误或仪表损坏。
•一、数字万用表的组成
•数字万用表是由数字电压表配上相应的功能转换电路构成的， 它可对交、直流电压交、直流电流、电阻、电容以及频率等多 种参数进行直接测量。数字电压表通常使用一块集成电路芯片, 它将A/D转换器与能够直接驱动显示器的显示逻辑控制器集成 在一起，在其周围配上相关的电阻器、电容器和显示器,组成 数字万用表表头。它只测量直流电压，其它参数必须转换成和 其自身大小成一定比例关系的直流电压后才能被测量。数字万 用表的整体性能主要由这一数字表头的性能决定。数字电压表 是数字万用表的核心，A/D转换器是数字电压表的核心，不同 的A/D转换器构成不同原理的数字万用表。功能转换电路是数 字万用表实现多参数测量的必备电路。电压、电流的测量电路 一般由无源的分压、分流电阻网络组成；交、直流转换电路与 电阻、电容等电参数测量的转换电路，一般采用有源器件组成 的网络来实现。功能选择可通过机械式开关的切换来实现，量 程选择可通过转换开关切换，也可以通过自动量程切换电路来 实现。数字万用表的基本功能是测量交直流电压、交直流电流
•数字万用表( 初版)
•它是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转化 成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传 统的指针式万用表功能单一精度低，不能满足数字 化时代的需要，采用单片的数字万用表精度高、抗 干扰能力强，可扩展性强、集成方便，目前，由各 种单片机芯片构成的数字万用表，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 智能化测试领域，显示着强大的生命力。
• 数字信号与模拟信号不同，其幅值(大小)是不 连续的。这种情况被称为是“量化的”，若最 小量化单位(量化台阶)为 ，则数字信号的大小 一定是 的整数倍，该整数可以用二进制数码表 示。但为了能直观地读出信号大小的数值，需 经过数码变换(译码)后由数码管或液晶屏显示 出来。
•。
• 例如，设 =0.1mV，我们把被测电压U与 比较，看U是 的多 少倍，并把结果四舍五入取为整整数 (二进制)。一般情况 下 ， N ≥ 1000 即 可 满 足 测 量 精 度 要 求 ( 量 化 误 差 ≤1/1000=0.1%)。最常见的数字表头的最大示数为1999，被 称为三位半(3_1/2)数字表。 • 对上述情况，我们把小数点定在最末位之前，显示出来的 就是以mV为单位的被测电压 的大小。如：U是 (0.1 mV)的 1234倍，即N=1234，显示结果为123.4 mV。这样的数字表头， 再 加 上 电 压 极 性 判 别 显 示 电 路 ， 就 可 以 测 量 显 示 -199.9 ～ 199.9mV的电压，显示精度为0.1mV。由上可见，数字测量仪 表的核心是模数(A/D)转换、译码显示电路。A/D转换一般又 可分为量化、编码两个步骤。 • 本论文其核心是一个四位半数字表头，它由数字表专用A/D 转换译码驱动集成电路和外围元件、LCD数码管构成。主要芯 片为ICL7129。 • 运用ICL7129制作LCD液晶显示4_1/2 数字电压表头如图2所 示，具有非常高性能。
以及测量电阻，其基本组成如下图1所示
• 图1数字万用表的基本组成
•模数(A/D)转换与数字显示电路
• 常见的物理量都是幅值(大小)连续变化的所谓模拟量(模拟信 号)。指针式仪表可以直接对模拟电压、电流进行显示。而对数 字式仪表，需要把模拟电信号(通常是电压信号)转换成数字信 号，再进行显示和处理(如存储、传输、打印、运算等)。
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•特性 • 与指针式万用表相比较，数字万用表有 如下优良特性： • (1) 高准确度和高分辨力 • (2) 测电压时具有高的输入阻抗 • (3) 测量速率快 • (4) 自动判别极性 • (5) 全部测量实现数字直读 • (6) 自动调零 • (7) 抗过载能力强
• 当然，数字万用表也有一些弱点，如： • (1) 测量时不像指针式仪表那样能清楚直 观地观察到指针偏转的过程，在观察充放电 等过程时不够方便。 • (2) 数字万用表的量程转换开关通常与电 路板是一体的，触点容量小，耐压不很高， 有的机械强度不够高，寿命不够长，导致用 旧以后换档不可靠。